JP2001157973A - Walk control device, and walk control method for robot - Google Patents
Walk control device, and walk control method for robotInfo
- Publication number
- JP2001157973A JP2001157973A JP2000206531A JP2000206531A JP2001157973A JP 2001157973 A JP2001157973 A JP 2001157973A JP 2000206531 A JP2000206531 A JP 2000206531A JP 2000206531 A JP2000206531 A JP 2000206531A JP 2001157973 A JP2001157973 A JP 2001157973A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- waist
- robot
- motion
- walking
- movement
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
- B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
- B62D57/00—Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track
- B62D57/02—Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track with ground-engaging propulsion means, e.g. walking members
- B62D57/032—Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track with ground-engaging propulsion means, e.g. walking members with alternately or sequentially lifted supporting base and legs; with alternately or sequentially lifted feet or skid
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J9/00—Programme-controlled manipulators
- B25J9/16—Programme controls
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Transportation (AREA)
- Robotics (AREA)
- Manipulator (AREA)
- Toys (AREA)
- Rehabilitation Tools (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、生体のメカニズム
や動作を模した構造を有するリアリスティックなロボッ
トのための歩行制御装置及び歩行制御方法に係り、特
に、例えばヒトやサルなどの直立歩行型の身体メカニズ
ムや動作を模した構造を有する脚式移動型ロボットのた
めの歩行制御装置及び歩行制御方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a walking control device and a walking control method for a realistic robot having a structure imitating the mechanism and operation of a living body, and more particularly to an upright walking type such as a human or monkey. The present invention relates to a walking control device and a walking control method for a legged mobile robot having a structure imitating a human body mechanism and operation.
【0002】更に詳しくは、本発明は、2足直立歩行に
よる脚式移動を行うとともに脚部の上には胴体や頭部、
腕などのいわゆる上半身が搭載されてなる直立歩行・脚
式移動型ロボットのための歩行制御装置及び歩行制御方
法に係り、特に、ヒトに近い自然な動作や豊な表現力を
維持しながら2足による安定歩行を実現するロボットの
ための歩行制御装置及び歩行制御方法に関する。More specifically, the present invention provides a leg-type movement by bipedal upright walking, and a torso and a head,
The present invention relates to a walking control device and a walking control method for an upright walking / legged mobile robot equipped with a so-called upper body such as an arm, and particularly relates to two feet while maintaining natural motion and rich expressiveness close to humans. The present invention relates to a walking control device and a walking control method for a robot that realizes stable walking by using a robot.
【0003】[0003]
【従来の技術】電気的若しくは磁気的な作用を用いて人
間の動作に似せた運動を行う機械装置のことを「ロボッ
ト」という。ロボットの語源は、スラブ語の"ROBO
TA(奴隷機械)"に由来すると言われている。わが国に
おいてロボットが普及し始めたのは1960年代末から
であるが、その多くは、工場における生産作業の自動化
・無人化などを目的としたマニピュレータや搬送ロボッ
トなどの産業用ロボット(industrial robot)であっ
た。2. Description of the Related Art A mechanical device that performs a motion similar to a human motion by using an electric or magnetic action is called a "robot". The robot is derived from the Slavic word "ROBO"
TA (slave machine) is said to be derived from robots. In Japan, robots began to spread from the late 1960s, but many of them were aimed at automation and unmanned production work in factories. They were industrial robots such as manipulators and transfer robots.
【0004】最近では、ヒトやサルなどの2足直立歩行
を行う動物の身体メカニズムや動作を模した脚式移動ロ
ボットに関する研究開発が進展し、実用化への期待も高
まってきている。2足直立による脚式移動は、階段の昇
降や障害物の乗り越え等、柔軟な走行動作を実現できる
点で優れている。Recently, research and development on legged mobile robots that imitate the body mechanisms and movements of animals such as humans and monkeys that walk upright on two legs have progressed, and expectations for their practical use have increased. Leg-based movement by standing two feet is excellent in that a flexible running operation such as climbing up and down stairs and over obstacles can be realized.
【0005】脚式移動ロボットは、直立する五体全てを
装備した形態ではなく、要素技術としての下肢部分のみ
による脚式移動に関する研究からスタートしたという歴
史的経緯がある。[0005] The legged mobile robot has a history of starting from research on legged movement using only the lower limbs as an elemental technology, instead of a form equipped with all five standing bodies.
【0006】例えば、特開平3−184782号公報に
は、脚式歩行ロボットのうち、胴体より下に相当する構
造体に適用される関節構造について開示している。For example, Japanese Patent Laying-Open No. 3-184772 discloses a joint structure applied to a structure corresponding to a structure below a trunk of a legged walking robot.
【0007】また、特開平5−305579号公報に
は、脚式移動ロボットの歩行制御装置について開示して
いる。同公報に記載の歩行制御装置は、ZMP(Zero M
omentPoint)すなわち歩行するときの床反力によるモー
メントがゼロとなる床面上の点を目標値に一致させるよ
うに制御するものである。但し、同公報に記載の図1を
見ても判るように、モーメントを作用する胴体24はブ
ラックボックス化されており、五体全てが完成した状態
ではなく、要素技術としての脚式移動の提案にとどま
る。Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-305579 discloses a walking control device for a legged mobile robot. The walking control device described in the publication is a ZMP (Zero M
omentPoint), that is, a point on the floor where the moment due to the floor reaction force when walking becomes zero is controlled to coincide with the target value. However, as can be seen from FIG. 1 described in the publication, the body 24 acting a moment is formed as a black box, and not all five bodies are in a completed state. Stay.
【0008】しかしながら、脚式移動ロボットの究極目
的は、言うまでもなく、五体を完備した構造体の完成で
ある。すなわち、2足歩行を行う下肢と、胴体や頭部、
腕などからなる上肢と、これら下肢と上肢を連結する体
幹部とで構成された構造体で2足による直立歩行を行う
ことにある。五体が完成したロボットは、2足を用いた
直立・脚式移動作業を前提とし、人間の住空間上での作
業の各場面において、上肢、下肢、及び体幹部を所定の
優先順位に従って協調動作するように制御する必要があ
る。However, the ultimate purpose of the legged mobile robot is, of course, the completion of a complete five-body structure. In other words, the lower limbs that walk bipedally, the torso and the head,
An object of the present invention is to perform an upright walking with two feet using a structure including an upper limb including an arm and a trunk connecting the lower limb and the upper limb. The robot with the five bodies completed is supposed to be upright and legged using two feet, and cooperates with the upper limb, lower limb, and torso according to the given priority in each scene of the work in the human living space. Need to be controlled.
【0009】特に、ヒトのメカニズムや動作をエミュレ
ートした脚式移動ロボットのことを「人間形」、若しく
は「人間型」のロボット(humanoid robot)と呼ぶ。人
間型ロボットは、例えば、生活支援、すなわち住環境そ
の他の日常生活上の様々な場面における人的活動の支援
などを行うことができる。In particular, a legged mobile robot that emulates a human mechanism or movement is called a "humanoid" or "humanoid" robot. The humanoid robot can perform, for example, life support, that is, support of human activities in various situations in a living environment and other daily lives.
【0010】脚式移動ロボットは、旧来同様の産業目的
のものと、エンターティンメント目的のものとに大別す
ることができよう。[0010] Legged mobile robots can be broadly classified into those for industrial purposes as in the past and those for entertainment purposes.
【0011】前者の産業目的のロボットは、産業活動・
生産活動等における各種の難作業をヒトに代行して実現
することを意図する。その一例は、原子力発電プラント
や火力発電プラント、石油化学プラントにおけるメンテ
ナンス作業、製造工場や高層ビルにおけるような危険作
業・難作業の代行である。この種のロボットは、産業上
の特定の用途若しくは機能を実現することが設計・製作
上の至上の主題であり、2足歩行を前提とはするもの
の、ヒトやサルなど直立歩行動物が本来持つ身体メカニ
ズムや動作メカニズムを機械装置として忠実に再現する
必要は必ずしもない。例えば、特定用途を実現するため
に手先など特定の部位の自由度や動作機能を強化する一
方で、用途には比較的関係が低いとされる頭部や腰部な
どの自由度を制限し又は省略するといった設計上の便宜
が施される。この結果、2足歩行と謂えども、ロボット
の作業や動作の外観上で不自然さが残ることがあるが、
かかる点は妥協せざるを得ない。[0011] The former robots for industrial purposes are used in industrial activities.
It is intended to realize various difficult tasks in production activities on behalf of humans. One example is the maintenance of nuclear power plants, thermal power plants, and petrochemical plants, and the substitution of dangerous and difficult operations such as in manufacturing plants and high-rise buildings. This type of robot is designed and manufactured to realize a specific application or function in the industry, and is premised on bipedal walking. It is not always necessary to faithfully reproduce a body mechanism or an operation mechanism as a mechanical device. For example, while enhancing the degree of freedom and movement functions of specific parts such as hands to realize specific applications, restricting or omitting the degrees of freedom of the head and waist, etc., which are relatively low in applications. Design convenience such as doing is provided. As a result, unnaturalness may remain in the appearance of the work or operation of the robot, even though it is called bipedal walking,
This has to be compromised.
【0012】これに対し、後者のエンターティンメント
目的の脚式移動ロボットは、難作業を代行するという生
活支援というよりも、生活そのものに密着した性質を持
す。すなわち、この種のロボットは、ヒトやサルなどの
2足の直立歩行を行う動物が本来持つメカニズムを忠実
に再現し、その自然に円滑な動作を実現することを至上
の目的とする。また、エンターティンメント・ロボット
は、ヒトやサルなどの知性の高い直立動物をエミュレー
トする以上、表現力が豊かであることが望ましい。この
意味において、ヒトを模したエンターティンメント・ロ
ボットは、まさに「人間型ロボット」と呼ぶに相応し
い。On the other hand, the latter type of legged mobile robot for the purpose of entertainment has a property close to the life itself, rather than a life support for performing difficult tasks. That is, the ultimate purpose of this type of robot is to faithfully reproduce the mechanism inherent in an animal such as a human or a monkey walking upright with two legs, and to realize its natural smooth operation. Further, it is desirable that the entertainment robot has rich expressive power as long as it emulates an upright animal with high intelligence such as a human or a monkey. In this sense, entertainment robots that imitate humans are exactly what we call “humanoid robots”.
【0013】要するに、ひとえに脚式移動ロボットとい
っても、エンターティンメント目的のロボットは、産業
目的ロボットとは要素技術を共有する反面、究極目標や
これを実現するためのハードウェア・メカニズム、動作
の制御方法やソフトウェア構成は全く異なると言っても
過言ではない。[0013] In short, even if it is a legged mobile robot, the robot for entertainment purposes shares the elemental technology with the industrial purpose robot, but on the other hand, the ultimate goal, the hardware mechanism and the operation for realizing it. It is no exaggeration to say that the control method and software configuration are completely different.
【0014】既に周知のように、人体は数百の関節すな
わち数百に上る自由度を備えている。限りなくヒトに近
い動作を脚式移動ロボットに付与するためには、ほぼ同
じ自由度を与えることが好ましいが、これは技術的には
極めて困難である。何故ならば、1つの自由度に対して
少なくとも各1つのアクチュエータを配設する必要があ
るが、数百のアクチュエータをロボットという機械装置
上に実装することは、製造コストの点からも、重量やサ
イズなど設計の観点からも不可能に等しい。また、自由
度が多いと、その分だけ位置・動作制御やバランス制御
等のための計算量が指数関数的に増大してしまう。As is well known, the human body has hundreds of joints or hundreds of degrees of freedom. In order to give the legged mobile robot an action as close as possible to a human, it is preferable to give almost the same degree of freedom, but this is technically very difficult. It is necessary to arrange at least one actuator for each degree of freedom. However, mounting hundreds of actuators on a mechanical device such as a robot requires weight and weight in terms of manufacturing cost. It is almost impossible from a design point of view such as size. If the degree of freedom is large, the amount of calculation for position / motion control, balance control, and the like increases exponentially.
【0015】以上を要言すれば、人間型ロボットは、制
限された自由度を用いて人体メカニズムをエミュレート
しなければならない。エンターティンメント目的のロボ
ットの場合、さらに、人体よりもはるかに少ない自由度
を用いてよりヒトに近い自然な動作や、表現力豊な動作
を実現しなければならないという要件が課される訳であ
る。In summary, a humanoid robot must emulate a human body mechanism with limited degrees of freedom. For robots for entertainment purposes, there is a further requirement that natural movements closer to humans and expressive movements must be realized using far less degrees of freedom than the human body. is there.
【0016】また、2足直立歩行を行う脚式移動ロボッ
トは、柔軟な走行動作(例えば階段の昇降や障害物の乗
り越え等)を実現できる点で優れている反面、重心位置
が高くなるため、その分だけ姿勢制御や安定歩行制御が
難しくなる。特に、エンターティンメント・タイプのロ
ボットの場合、ヒトやサルなどの知性動物における自然
な動作や感情を豊かに表現しながら姿勢や安定歩行を制
御しなければならない。A legged mobile robot performing bipedal upright walking is excellent in that it can realize a flexible running operation (for example, moving up and down stairs and over obstacles), but has a high center of gravity. The attitude control and the stable walking control become difficult to that extent. In particular, in the case of the entertainment type robot, the posture and stable walking must be controlled while richly expressing natural movements and emotions of intelligent animals such as humans and monkeys.
【0017】[0017]
【発明が解決しようとする課題】ところで、ヒトやサル
における動作上の「表現力」を考えた場合、腕や胴体の
などの上体の動きや姿勢は、作業の実現だけでなく、感
情の体現という側面があり、非常に重要な意味を持つ。
これが「身振り」、「手振り」と呼ばれる所以である。By the way, when considering the “expressive power” of movements in humans and monkeys, the movements and postures of the upper body such as arms and torso not only realize the work but also express emotions. It has the aspect of embodiment and has a very important meaning.
This is why they are called “gesture” and “hand gesture”.
【0018】日常生活において、身振りや手振りは、下
半身の停止不動状態、歩行やその他下半身の可動状態の
いずれの期間中も行われる。また、身振りや手振りによ
り、身体全体の重心位置は大幅に移動し、慣性モーメン
トが発生する。ヒトやサルなど現実の動物は、自律的に
重心バランスやモーメントを補償して、停止状態や歩行
状態を正常に維持する動作を自ずと行うように造られて
いる。In daily life, gestures and hand gestures are performed during any period of the stationary state of the lower body, the walking and other movable states of the lower body. In addition, the position of the center of gravity of the entire body is largely moved by a gesture or a hand gesture, and a moment of inertia is generated. Real animals, such as humans and monkeys, are designed to autonomously compensate for the balance and moment of the center of gravity, and naturally perform the operation of maintaining a normal state of stopping or walking.
【0019】他方、人間型ロボットにおいては表現力が
豊かであることが重要課題であり(前述)、当然にして
身振りや手振りは欠かせない。したがって、身振りや手
振りという上半身主導の動作に対して適応的な姿勢制御
や安定歩行制御が必要となってくる。On the other hand, it is an important issue for humanoid robots to be rich in expressive power (described above), and gestures and hand gestures are indispensable. Therefore, adaptive posture control and stable walking control are required for upper body-led motions such as gestures and hand gestures.
【0020】2足歩行による脚式移動を行うタイプのロ
ボットに関する姿勢制御や安定歩行に関する技術は、当
業界において既に数多提案されている。しかしながら、
これら従来の提案の多くは、ZMP(Zero Moment Poin
t)、すなわち歩行するときの床反力によるモーメント
がゼロとなる床面上の点を目標値に一致させるように適
応的に制御する方式である。A number of techniques relating to posture control and stable walking for a robot of the type that performs legged movement by biped walking have already been proposed in the art. However,
Many of these conventional proposals are based on ZMP (Zero Moment Poin
t), that is, a method of adaptively controlling a point on the floor where the moment due to the floor reaction force during walking becomes zero to coincide with a target value.
【0021】例えば、特開平5−305579号公報に
記載の脚式移動ロボットは、ZMPがゼロとなる床面上
の点を目標値に一致させるようにして安定歩行を行うよ
うになっている。For example, the legged mobile robot described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-305579 is designed to perform stable walking by matching a point on the floor at which ZMP becomes zero with a target value.
【0022】また、特開平5−305581号公報に記
載の脚式移動ロボットは、ZMPが支持多面体(多角
形)内部、又は、着地、離床時にZMPが支持多面体
(多角形)の端部から少なくとも所定の余裕を有する位
置にあるように構成した。この結果、外乱などを受けて
も所定距離だけZMPの余裕があり、歩行の安定性の向
上を図 ることができる。Further, in the legged mobile robot described in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 5-305581, the ZMP is provided at least from the inside of the supporting polyhedron (polygon) or from the end of the supporting polyhedron (polygon) when landing or leaving the floor. It was configured to be at a position having a predetermined margin. As a result, there is room for the ZMP for a predetermined distance even when a disturbance or the like is received, and walking stability can be improved.
【0023】また、特開平5−305583号公報に
は、脚式移動ロボットの歩き速度をZMP目標位置によ
って制御する点について開示している。すなわち、同公
報に記載の脚式移動ロボットは、予め設定された歩行パ
ターン・データを用い、ZMPを目標位置に一致させる
ように脚部関節を駆動するとともに、上体の傾斜を検出
してその検出値に応じて設定された歩行パターン・デー
タの吐き出し速度を変更するようにしている。この結
果、予期しない凹凸を踏んでロボットが例えば前傾する
ときは吐き出し速度を速めることで姿勢を回復できる。
またZMPが目標位置に制御できるので、両脚支持期に
おいて吐き出し速度を変更しても支障がない。Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-3055583 discloses that the walking speed of a legged mobile robot is controlled by a ZMP target position. That is, the legged mobile robot described in the publication uses the previously set walking pattern data, drives the leg joints so that the ZMP matches the target position, detects the inclination of the upper body, and The discharge speed of the walking pattern data set according to the detected value is changed. As a result, when the robot leans forward on unexpected irregularities, for example, the posture can be recovered by increasing the discharge speed.
Further, since the ZMP can be controlled to the target position, there is no problem even if the discharge speed is changed during the two-leg supporting period.
【0024】また、特開平5−305585号公報に
は、脚式移動ロボットの着地位置をZMP目標位置によ
って制御する点について開示している。すなわち、同公
報に記載の脚式移動ロボットは、ZMP目標位置と実測
位置とのずれを検出して、それを解消する様に脚部の一
方または双方を駆動するか、又は、ZMP目標位置まわ
りにモーメントを検出してそれが零になる様に脚部を駆
動することで安定歩行を行うようになっている。Japanese Patent Laid-Open Publication No. Hei 5-305585 discloses that a landing position of a legged mobile robot is controlled by a ZMP target position. That is, the legged mobile robot described in the publication detects a deviation between the ZMP target position and the actually measured position, and drives one or both of the legs so as to eliminate the deviation. Then, a stable walking is performed by detecting the moment and driving the legs so that the moment becomes zero.
【0025】また、特開平5−305586号公報に
は、脚式移動ロボットの傾斜姿勢をZMP目標位置によ
って制御する点について開示している。すなわち、同公
報に記載の脚式移動ロボットは、ZMP目標位置まわり
のモーメントを検出し、モーメントが生じているとき
は、それが零になるように脚部を駆動することで安定歩
行を行うようになっている。Japanese Patent Laid-Open Publication No. Hei 5-305586 discloses that the inclination posture of a legged mobile robot is controlled by a ZMP target position. That is, the legged mobile robot described in the publication detects a moment around the ZMP target position, and when a moment is generated, drives the legs so that the moment becomes zero to perform stable walking. It has become.
【0026】また、例えば、「2足歩行ロボット資料
集」(改訂第2版)文部省科学研究費・総合研究(A)
「2足歩行ロボットの歩行と制御の研究」研究グループ
(昭和61年2月)、及び「上体運動により3軸モーメ
ントを補償する2足歩行ロボットの開発」(第6回知能
移動ロボットシンポジウム、1992年5月21日、2
2日)などには、少なくとも上体に駆動できる上体関節
を備えるとともに、上体に連結される脚部に複数の関節
を供え、該脚部関節を駆動して歩行するタイプの脚式移
動ロボットにおいて、上体の歩容を脚部の歩容に基づい
て決定する(すなわち脚式動作による姿勢不安定を上体
の歩容で補う)という点が開示されている。Also, for example, “Biped Walking Robot Data Collection” (Revised 2nd Edition) Ministry of Education, Science and Technology Research Funds / Comprehensive Research (A)
"Research on Walking and Control of Biped Robots" Research Group (February 1986) and "Development of Biped Robots Compensating for 3-Axis Moment by Upper Body Motion" (6th Intelligent Mobile Robot Symposium, May 21, 1992, 2
On the 2nd) etc., a leg-type movement of a type in which at least an upper body joint that can be driven by the upper body is provided, a plurality of joints are provided on a leg connected to the upper body, and the leg joint is driven to walk. It is disclosed that in a robot, a gait of the upper body is determined based on a gait of a leg (that is, posture instability due to legged motion is compensated for by a gait of the upper body).
【0027】すなわち、上記に挙げた技術は総じて、上
半身主導の動作を考慮した姿勢制御や安定歩行制御を行
うものではない。上記の技術は、2足歩行の脚式移動ロ
ボットの歩行中に、外乱などのために歩行継続が困難と
なった場合に、上半身の歩容(時間的な動き)を変更し
て歩行の安定性を回復するものである。すなわち、下半
身主導の動作中に、外乱による不安定を補償するために
上半身の歩容を変更するものであり、言い換えれば上半
身による表現力を犠牲にしていることに他ならない。ま
た、上記の各公報に記載された脚式移動ロボットは、い
ずれも身振りや手振りなど上半身主導の感情表現動作の
ために失われた安定姿勢を回復させるものではない。That is, the above-mentioned techniques do not generally perform posture control or stable walking control in consideration of an upper body-led operation. The above technique changes the gait (temporal movement) of the upper body when walking becomes difficult due to disturbance or the like during walking of a bipedal legged mobile robot, thereby stabilizing walking. It restores sex. In other words, the gait of the upper body is changed in order to compensate for instability due to disturbance during the operation led by the lower body, in other words, the expression of the upper body is sacrificed. Further, none of the legged mobile robots described in the above publications recovers a stable posture that has been lost due to an upper body-led emotion expression operation such as a gesture or a hand gesture.
【0028】本発明は、上述したような技術的課題を勘
案したものであり、その目的は、生体のメカニズムや動
作を模した構造を有するリアリスティックなロボットの
ための、優れた歩行制御装置及び歩行制御方法を提供す
ることにある。The present invention has been made in view of the technical problems described above, and has as its object to provide an excellent walking control device and an excellent walking control device for a realistic robot having a structure imitating the mechanism and operation of a living body. It is to provide a walking control method.
【0029】本発明の更なる目的は、例えばヒトやサル
などの直立歩行型の身体メカニズムや動作を模した構造
を有する脚式移動型ロボットのための、優れた歩行制御
装置及び歩行制御方法を提供することにある。It is a further object of the present invention to provide an excellent walking control device and method for a legged mobile robot having a structure simulating an upright walking type body mechanism or operation such as a human or monkey. To provide.
【0030】本発明の更なる目的は、2足直立歩行によ
る脚式移動を行うとともに脚部の上には胴体や頭部、腕
などのいわゆる上半身が搭載されてなる直立歩行・脚式
移動型ロボットのための、優れた歩行制御装置及び歩行
制御方法を提供することにある。A further object of the present invention is to provide an upright walking / legged mobile type in which a so-called upper body such as a torso, a head, and an arm is mounted on a leg portion while performing a legged movement by bipedal upright walking. An object of the present invention is to provide an excellent walking control device and a walking control method for a robot.
【0031】本発明の更なる目的は、ヒトに近い自然な
動作や豊かな表現力を維持しながら安定歩行を実現する
ロボットのための、優れた歩行制御装置及び歩行制御方
法を提供することにある。A further object of the present invention is to provide an excellent gait control device and gait control method for a robot that realizes stable gait while maintaining natural motion and rich expressive power close to humans. is there.
【0032】本発明の更なる目的は、2足直立歩行によ
る脚式移動を行うとともに脚部の上には胴体や頭部、腕
などのいわゆる上半身が搭載されてなるロボットにおい
て、身振りや手振りなど上半身主導の感情表現動作のた
めに失われた姿勢安定性を補償若しくは回復させること
ができる、優れた歩行制御装置及び歩行制御方法を提供
することにある。A further object of the present invention is to provide a robot in which a so-called upper body such as a torso, a head, and an arm is mounted on a leg while performing a legged movement by bipedal upright walking. An object of the present invention is to provide an excellent gait control device and gait control method that can compensate or recover posture stability lost due to an upper body-led emotion expression operation.
【0033】本発明の更なる目的は、上半身の歩容に応
じて安定歩行できるような下半身の歩容を決定すること
ができる、2足直立歩行型ロボットのための優れた歩行
制御装置及び歩行制御方法を提供することにある(「歩
容」とは、当業界において「関節角度の時系列変化」を
意味する技術用語であり、「運動パターン」と略同義で
ある)。It is a further object of the present invention to provide an excellent walking control device and a walking control for a two-leg upright walking type robot capable of determining a lower body gait capable of stably walking according to an upper body gait. The purpose of the present invention is to provide a control method ("gait" is a technical term meaning "chronological change of joint angle" in the art, and is substantially synonymous with "exercise pattern").
【0034】[0034]
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を参
酌してなされたものであり、その第1の側面は、少なく
とも下肢と体幹部と腰部で構成され、下肢による脚式移
動を行うタイプのロボットの歩行制御装置又は歩行制御
方法であって、任意の足部運動パターン、ZMP軌道、
体幹運動パターン、上肢運動パターンに基づいて腰部運
動パターンを導出することにより歩行時の全身運動パタ
ーンを得ることを特徴とするロボットの歩行制御装置又
は歩行制御方法である。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in consideration of the above problems, and a first aspect of the present invention comprises at least a lower limb, a trunk and a waist, and performs leg-type movement by the lower limb. A walking control device or a walking control method for a robot of any type, comprising:
A walking control apparatus or a walking control method for a robot, wherein a whole body movement pattern during walking is obtained by deriving a waist movement pattern based on a trunk movement pattern and an upper limb movement pattern.
【0035】また、本発明の第2の側面は、少なくとも
下肢と体幹部と腰部で構成され、ZMPが目標位置に入
るように下肢による脚式移動を行うタイプのロボットの
歩行制御装置又は歩行制御方法であって、(a)要求さ
れた動作を実現するための足部運動、体幹運動、上肢運
動、腰部の姿勢及び高さを設定する手段又はステップ
と、(b)前記手段又はステップ(a)により設定され
た足部運動に基づいてZMP軌道を設定する手段又はス
テップと、(c)前記手段又はステップ(b)により設
定されたZMP上でモーメントが釣り合う腰部運動の解
を求める手段又はステップと、(d)腰部運動の解に基
づいて腰部運動を実行する手段又はステップと、を具備
することを特徴とするロボットの歩行制御装置又は歩行
制御方法である。According to a second aspect of the present invention, there is provided a walking control device or a walking control device for a robot of at least a type including a lower limb, a trunk and a waist, and performing legged movement with the lower limb so that the ZMP enters a target position. A method or a step for setting (a) a foot movement, a trunk movement, an upper limb movement, a posture and a height of a lumbar region for realizing a requested movement, and (b) the means or a step (b). means or steps for setting a ZMP trajectory based on the foot motion set according to a), and (c) means for obtaining a solution of a waist motion where moments are balanced on the ZMP set according to said means or step (b) or A walking control device or a walking control method for a robot, comprising: a step; and (d) means or a step of executing a waist movement based on a solution of the waist movement.
【0036】また、本発明の第3の側面は、少なくとも
下肢と体幹部と腰部で構成され、ZMPが目標位置に入
るように下肢による脚式移動を行うタイプのロボットの
歩行制御装置又は歩行制御方法であって、(A)要求さ
れた動作を実現するための足部運動、体幹運動、上肢運
動、腰部の姿勢及び高さを設定する手段又はステップ
と、(B)前記手段又はステップ(A)により設定され
た足部運動に基づいてZMP軌道を設定する手段又はス
テップと、(C)前記ロボットの非厳密モデルを用い
て、前記手段又はステップ(B)により設定されたZM
P上でモーメントが釣り合う腰部運動の近似解を求める
手段又はステップと、(D)前記ロボットの厳密モデル
を用いて、前記手段又はステップ(B)により設定され
たZMP上でモーメントが釣り合う腰部運動の近似解を
求める手段又はステップと、(E)前記手段又はステッ
プ(C)、及び、手段又はステップ(D)の各近似解の
差が所定の許容値未満であれば腰部運動の解とする手段
又はステップと、(F)前記手段又はステップ(C)、
及び、手段又はステップ(D)の各近似解の差が所定の
許容値以上であれば、設定ZMP上における非厳密モデ
ルのモーメントを修正して、前記手段(C)に再投入す
る手段又はステップと、(G)腰部運動の解に基づいて
腰部運動を実行する手段又はステップと、を具備するこ
とを特徴とするロボットの歩行制御装置又は歩行制御方
法である。According to a third aspect of the present invention, there is provided a walking control device or a walking control device for a robot having at least a lower limb, a trunk and a waist, and performing legged movement with the lower limb so that the ZMP enters a target position. A method or a step for setting (A) a foot exercise, a trunk exercise, an upper limb exercise, a waist posture and a height for realizing a requested operation; and (B) the means or a step ( (A) means or a step for setting a ZMP trajectory based on the foot motion set by (A); and (C) a ZM set by the means or step (B) using an inexact model of the robot.
A means or a step for obtaining an approximate solution of the waist motion whose moment is balanced on P; and (D) a lumbar motion of which the moment is balanced on the ZMP set by the means or step (B) by using the strict model of the robot. A means or a step for obtaining an approximate solution; and (E) a means for calculating a waist motion if the difference between the approximate solutions of the means or the step (C) and the means or the step (D) is less than a predetermined allowable value. Or (F) the means or step (C);
And if the difference between the approximate solutions in the means or step (D) is equal to or greater than a predetermined allowable value, the moment of the inexact model on the set ZMP is corrected and re-input to the means (C). And (G) means or a step of executing a waist movement based on a solution of the waist movement.
【0037】本発明の第3の側面に係るロボットの歩行
制御装置又は歩行制御方法において、前記非厳密モデル
は、例えば、前記ロボットに関する線形及び/又は非干
渉の多質点近似モデルである。また、前記厳密モデル
は、例えば、前記ロボットに関する剛体モデル、又は、
非線形及び/又は干渉の多質点近似モデルでよい。この
ような近似モデルを利用することにより、歩行制御のた
めの計算量を大幅に削減することができる。In the robot walking control apparatus or method according to the third aspect of the present invention, the inexact model is, for example, a linear and / or non-interfering multi-mass point approximation model of the robot. Also, the strict model is, for example, a rigid body model related to the robot, or
A non-linear and / or interference multi-mass approximation model may be used. By using such an approximate model, the amount of calculation for walking control can be significantly reduced.
【0038】また、本発明の第3の側面に係るロボット
の歩行制御装置又は歩行制御方法は、さらに、(C')
前記の非厳密モデルを用いて腰部運動の近似解を求める
手段又はステップ(C)において求めた近似解では予め
設定した体幹・上肢運動が実現できない場合に、体幹・上
肢運動パターンの再設定・修正を行う手段又はステップ
を具備していてもよい。The robot walking control apparatus or method according to the third aspect of the present invention further comprises: (C ′)
If the means for obtaining an approximate solution of the waist movement using the inexact model or the approximate solution obtained in step (C) cannot realize the trunk / upper limb movement set in advance, resetting the trunk / upper limb movement pattern It may have means or steps for making corrections.
【0039】また、本発明の第3の側面に係るロボット
の歩行制御装置又は歩行制御方法において、前記の非厳
密モデルを用いて腰部運動の近似解を求める手段又はス
テップ(C)は、足部運動、体幹運動、上肢運動によっ
て生じる設定ZMP上のモーメントと、腰部の水平面内
運動によって生じる設定ZMP上のモーメントとの釣合
方程式を解くことによって腰部運動の近似解を求めるよ
うにしてもよい。Further, in the robot walking control apparatus or the walking control method according to the third aspect of the present invention, the means or step (C) for obtaining an approximate solution of the waist motion using the inexact model is characterized in that: The approximate solution of the waist movement may be obtained by solving a balance equation between the moment on the set ZMP caused by the movement, trunk movement, and upper limb movement and the moment on the set ZMP caused by the movement in the horizontal plane of the waist. .
【0040】あるいは、前記の非厳密モデルを用いて腰
部運動の近似解を求める手段又はステップ(C)は、時
間の関数を周波数の関数に置き換えて計算するようにし
てもよい。Alternatively, the means or step (C) for obtaining an approximate solution of the waist movement using the inexact model may be performed by replacing the time function with the frequency function.
【0041】あるいは、前記の非厳密モデルを用いて腰
部運動の近似解を求める手段又はステップ(C)は、足
部運動、体幹運動、上肢運動によって生じる設定ZMP
上のモーメントにフーリエ級数展開を適用するととも
に、腰部の水平面内運動にフーリエ級数展開を適用し
て、腰部水平面内軌道のフーリエ係数を算出して、さら
に逆フーリエ級数展開を適用することによって腰部運動
の近似解を求めるようにしてもよい。Alternatively, the means or step (C) for obtaining an approximate solution of the waist movement using the above-described inexact model is a setting ZMP generated by a foot movement, a trunk movement, and an upper limb movement.
Apply the Fourier series expansion to the upper moment, apply the Fourier series expansion to the waist motion in the horizontal plane, calculate the Fourier coefficient of the trajectory in the waist horizontal plane, and apply the inverse Fourier series expansion to the waist motion. May be obtained.
【0042】また、本発明の第4の側面は、上体の動作
を表現するための複数の関節を備えた上半身と、少なく
とも歩行動作を実現するための脚部の関節を備えた下半
身とからなる歩行型ロボットのための歩行制御装置又は
歩行制御方法であって、上半身の歩容に応じて、安定歩
行できるような下半身の歩容を決定することを特徴とす
るロボットの歩行制御装置又は歩行制御方法である。A fourth aspect of the present invention is directed to an upper body having a plurality of joints for expressing the motion of the upper body and a lower body having joints for legs for realizing at least a walking motion. A walking control device or a walking control method for a walking type robot, comprising: determining a gait of a lower body such that a stable walking can be performed according to a gait of an upper body. It is a control method.
【0043】[0043]
【作用】本発明に係るロボットの歩行制御装置及び歩行
制御方法によれば、足部運動の他に、体幹運動や上肢運
動の設定に基づいて安定歩行可能な腰部運動を実現する
ことができる。体幹運動や上肢運動とは、身振りや手振
りなどのロボットの上半身を用いた表現動作すなわち上
半身の歩容に相当する。According to the robot walking control apparatus and the walking control method of the present invention, it is possible to realize a waist motion capable of stable walking based on the settings of the trunk motion and the upper limb motion in addition to the foot motion. . The trunk movement and the upper limb movement correspond to an expression motion using the upper body of the robot, such as a gesture or a hand gesture, that is, a gait of the upper body.
【0044】すなわち、ロボットが直立不動時や普通歩
行時など様々な動作状態であっても、安定歩行を実現で
きるように下肢の歩容を決定することができる。特に、
直立不動時に上体すなわち上肢と体幹を用いた身振り・
手振りの動作をロボットに印加した場合には、かかる上
体の歩容に応じて、安定歩行できるような(すなわち上
体の歩容のために失われたバランスを補うような)下肢
の歩容を決定することができると言える。That is, the gait of the lower limb can be determined so that stable walking can be realized even when the robot is in various operating states such as when the robot is standing upright or walking normally. In particular,
Gesture using upper body, upper limb and trunk, when standing upright
When a hand gesture is applied to the robot, the gait of the lower limb enables stable walking (ie, compensates for the balance lost due to the gait of the upper body) according to the gait of the upper body. Can be determined.
【0045】本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、
後述する本発明の実施例や添付する図面に基づくより詳
細な説明によって明らかになるであろう。Still other objects, features and advantages of the present invention are:
It will become apparent from the following more detailed description based on the embodiments of the present invention and the accompanying drawings.
【0046】[0046]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施例を詳解する。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
【0047】図1及び図2には本発明の実施に供される
人間型ロボット100を前方及び後方の各々から眺望し
た様子を示している。さらに、図3には、この人間型ロ
ボット100が具備する関節自由度構成を模式的に示し
ている。FIGS. 1 and 2 show the humanoid robot 100 used in the embodiment of the present invention viewed from the front and the rear, respectively. Further, FIG. 3 schematically shows the configuration of the degrees of freedom of the joints included in the humanoid robot 100.
【0048】図3に示すように、人間型ロボット100
は、2本の腕部と頭部1を含む上肢と、移動動作を実現
する2本の脚部からなる下肢と、上肢と下肢とを連結す
る体幹部とで構成される。As shown in FIG. 3, the humanoid robot 100
Is composed of an upper limb including two arms and a head 1, a lower limb including two legs for realizing a movement operation, and a trunk connecting the upper limb and the lower limb.
【0049】頭部1を支持する首関節は、首関節ヨー軸
2と、首関節ピッチ軸3と、首関節ロール軸4という3
自由度を有している。The neck joint that supports the head 1 includes a neck joint yaw axis 2, a neck joint pitch axis 3, and a neck joint roll axis 4.
It has a degree of freedom.
【0050】また、各腕部は、肩関節ピッチ軸8と、肩
関節ロール軸9と、上腕ヨー軸10と、肘関節ピッチ軸
11と、前腕ヨー軸12と、手首関節ピッチ軸13と、
手首関節ロール軸14と、手部15とで構成される。手
部15は、実際には、複数本の指を含む多関節・多自由
度構造体である。但し、手部15の動作はロボット10
0の姿勢制御や歩行制御に対する寄与や影響が少ないの
で、本明細書ではゼロ自由度と仮定する。したがって、
各腕部は7自由度を有するとする。Each arm has a shoulder joint pitch axis 8, a shoulder joint roll axis 9, an upper arm yaw axis 10, an elbow joint pitch axis 11, a forearm yaw axis 12, a wrist joint pitch axis 13,
It is composed of a wrist joint roll shaft 14 and a hand 15. The hand portion 15 is actually a multi-joint / multi-degree-of-freedom structure including a plurality of fingers. However, the operation of the hand part 15 is
Since there is little contribution or influence on the posture control and the walking control of 0, in this specification, it is assumed that the degree of freedom is zero. Therefore,
Each arm has seven degrees of freedom.
【0051】また、体幹部は、体幹ピッチ軸5と、体幹
ロール軸6と、体幹ヨー軸7という3自由度を有する。The trunk has three degrees of freedom: a trunk pitch axis 5, a trunk roll axis 6, and a trunk yaw axis 7.
【0052】また、下肢を構成する各々の脚部は、股関
節ヨー軸16と、股関節ピッチ軸17と、股関節ロール
軸18と、膝関節ピッチ軸19と、足首関節ピッチ軸2
0と、足首関節ロール軸21と、足部22とで構成され
る。本明細書中では、股関節ピッチ軸17と股関節ロー
ル軸18の交点は、本実施例に係るロボット100の股
関節位置を定義する。人体の足部22は実際には多関節
・多自由度の足底を含んだ構造体であるが、本実施例に
係る人間型ロボット100の足底はゼロ自由度とする。
したがって、各脚部は6自由度で構成される。Each leg constituting the lower limb has a hip joint yaw axis 16, a hip joint pitch axis 17, a hip joint roll axis 18, a knee joint pitch axis 19, and an ankle joint pitch axis 2.
0, an ankle joint roll shaft 21, and a foot 22. In this specification, the intersection of the hip joint pitch axis 17 and the hip joint roll axis 18 defines the hip joint position of the robot 100 according to the present embodiment. Although the foot 22 of the human body is actually a structure including a sole with multiple joints and multiple degrees of freedom, the sole of the humanoid robot 100 according to the present embodiment has zero degrees of freedom.
Therefore, each leg has six degrees of freedom.
【0053】以上を総括すれば、本実施例に係る人間型
ロボット100全体としては、合計で3+7×2+3+
6×2=32自由度を有することになる。但し、エンタ
ーティンメント向けの人間型ロボット100が必ずしも
32自由度に限定される訳ではない。設計・製作上の制
約条件や要求仕様等に応じて、自由度すなわち関節数を
適宜増減することができることは言うまでもない。Summarizing the above, the humanoid robot 100 according to the present embodiment as a whole has a total of 3 + 7 × 2 + 3 +
It will have 6 × 2 = 32 degrees of freedom. However, the humanoid robot 100 for entertainment is not necessarily limited to 32 degrees of freedom. It goes without saying that the degree of freedom, that is, the number of joints, can be appropriately increased or decreased in accordance with design and manufacturing constraints, required specifications, and the like.
【0054】上述したような人間型ロボット100が持
つ各自由度は、実際にはアクチュエータを用いて実装さ
れる。外観上で余分な膨らみを排してヒトの自然体形状
に近似させること、2足歩行という不安定構造体に対し
て姿勢制御を行うことなどの要請から、アクチュエータ
は小型且つ軽量であることが好ましい。本実施例では、
ギア直結型で且つサーボ制御系をワンチップ化してモー
タ・ユニットに内蔵したタイプの小型ACサーボ・アク
チュエータを搭載することとした。なお、この種のAC
サーボ・アクチュエータに関しては、例えば本出願人に
既に譲渡されている特願平11−33386号明細書に
開示されている。The degrees of freedom of the humanoid robot 100 as described above are actually implemented using actuators. It is preferable that the actuator is small and lightweight in view of requirements such as removing excess swelling on the appearance to approximate the human body shape and performing posture control on an unstable structure called bipedal walking. . In this embodiment,
A small AC servo actuator that is directly connected to the gear and built into the motor unit with the servo control system integrated into one chip is mounted. Note that this type of AC
The servo actuator is disclosed, for example, in Japanese Patent Application No. 11-33386 already assigned to the present applicant.
【0055】図4には、人間型ロボット100の制御シ
ステム構成を模式的に示している。同図に示すように、
人間型ロボット100は、ヒトの四肢を表現した各機構
ユニット30,40,50R/L,60R/Lと、各機
構ユニット間の協調動作を実現するための適応制御を行
う制御ユニット80とで構成される(但し、R及びLの
各々は、右及び左の各々を示す接尾辞である。以下同
様)。FIG. 4 schematically shows the configuration of a control system of the humanoid robot 100. As shown in the figure,
The humanoid robot 100 includes each of the mechanical units 30, 40, 50 R / L, and 60 R / L representing human limbs, and a control unit 80 that performs adaptive control for realizing a cooperative operation between the mechanical units. (However, each of R and L is a suffix indicating each of right and left. The same applies hereinafter).
【0056】人間型ロボット100全体の動作は、制御
ユニット80によって統括的に制御される。制御ユニッ
ト80は、CPU(Central Processing Unit)やメモ
リ等の主要回路コンポーネント(図示しない)で構成さ
れる主制御部81と、電源回路やロボット100の各構
成要素とのデータやコマンドの授受を行うインターフェ
ース(いずれも図示しない)などを含んだ周辺回路82
とで構成される。The operation of the entire humanoid robot 100 is totally controlled by the control unit 80. The control unit 80 exchanges data and commands with a main control unit 81 composed of main circuit components (not shown) such as a CPU (Central Processing Unit) and a memory, and with a power supply circuit and each component of the robot 100. Peripheral circuit 82 including an interface (none of which is shown)
It is composed of
【0057】本発明を実現する上で、この制御ユニット
80の設置場所は特に限定されない。図4では体幹部ユ
ニット40に搭載されているが、頭部ユニット30に搭
載してもよい。あるいは、ロボット100外に制御ユニ
ット80を配備して、ロボット100本体とは有線若し
くは無線で交信するようにしてもよい。In realizing the present invention, the installation location of the control unit 80 is not particularly limited. In FIG. 4, it is mounted on the trunk unit 40, but may be mounted on the head unit 30. Alternatively, the control unit 80 may be provided outside the robot 100 to communicate with the robot 100 by wire or wirelessly.
【0058】図3に示したロボット100内の各関節自
由度は、それぞれに対応するアクチュエータによって実
現される。すなわち、頭部ユニット30には、首関節ヨ
ー軸2、首関節ピッチ軸3、首関節ロール軸4の各々を
表現する首関節ヨー軸アクチュエータA2、首関節ピッ
チ軸アクチュエータA3、首関節ロール軸アクチュエー
タA4が配設されている。Each joint degree of freedom in the robot 100 shown in FIG. 3 is realized by the corresponding actuator. That is, the head unit 30 includes a neck joint yaw axis actuator A 2 , a neck joint pitch axis actuator A 3 that expresses each of the neck joint yaw axis 2, the neck joint pitch axis 3, and the neck joint roll axis 4, and the neck joint roll. axis actuator A 4 is disposed.
【0059】また、体幹部ユニット40には、体幹ピッ
チ軸5、体幹ロール軸6、体幹ヨー軸7の各々を表現す
る体幹ピッチ軸アクチュエータA5、体幹ロール軸アク
チュエータA6、体幹ヨー軸アクチュエータA7が配備さ
れている。The trunk unit 40 includes a trunk pitch axis actuator A 5 , a trunk roll axis actuator A 6 that represents each of the trunk pitch axis 5, the trunk roll axis 6, and the trunk yaw axis 7, trunk yaw axis actuator A 7 is deployed.
【0060】また、腕部ユニット50R/Lは、上腕ユ
ニット51R/Lと、肘関節ユニット52R/Lと、前
腕ユニット53R/Lに細分化されるが、肩関節ピッチ
軸8、肩関節ロール軸9、上腕ヨー軸10、肘関節ピッ
チ軸11、肘関節ロール軸12、手首関節ピッチ軸1
3、手首関節ロール軸14の各々を表現する肩関節ピッ
チ軸アクチュエータA8、肩関節ロール軸アクチュエー
タA9、上腕ヨー軸アクチュエータA10、肘関節ピッチ
軸アクチュエータA11、肘関節ロール軸アクチュエータ
A12、手首関節ピッチ軸アクチュエータA13、手首関節
ロール軸アクチュエータA14が配備されている。The arm unit 50R / L is subdivided into an upper arm unit 51R / L, an elbow joint unit 52R / L, and a forearm unit 53R / L. 9, upper arm yaw axis 10, elbow joint pitch axis 11, elbow joint roll axis 12, wrist joint pitch axis 1
3. Shoulder joint pitch axis actuator A 8 , shoulder joint roll axis actuator A 9 , upper arm yaw axis actuator A 10 , elbow joint pitch axis actuator A 11 , elbow joint roll axis actuator A 12 representing each of the wrist joint roll axes 14 , A wrist joint pitch axis actuator A 13 and a wrist joint roll axis actuator A 14 are provided.
【0061】また、脚部ユニット60R/Lは、大腿部
ユニット61R/Lと、膝ユニット62R/Lと、脛部
ユニット63R/Lに細分化されるが、股関節ヨー軸1
6、股関節ピッチ軸17、股関節ロール軸18、膝関節
ピッチ軸19、足首関節ピッチ軸20、足首関節ロール
軸21の各々を表現する股関節ヨー軸アクチュエータA
16、股関節ピッチ軸アクチュエータA17、股関節ロール
軸アクチュエータA18、膝関節ピッチ軸アクチュエータ
A19、足首関節ピッチ軸アクチュエータA20、足首関節
ロール軸アクチュエータA21が配備されている。The leg unit 60R / L is subdivided into a thigh unit 61R / L, a knee unit 62R / L, and a shin unit 63R / L.
6. Hip joint yaw axis actuator A representing each of hip joint pitch axis 17, hip joint roll axis 18, knee joint pitch axis 19, ankle joint pitch axis 20, and ankle joint roll axis 21
16 , a hip joint pitch axis actuator A 17 , a hip joint roll axis actuator A 18 , a knee joint pitch axis actuator A 19 , an ankle joint pitch axis actuator A 20 , and an ankle joint roll axis actuator A 21 .
【0062】各関節に用いられるアクチュエータA2,
A3…は、より好ましくは、ギア直結型で且つサーボ制
御系をワンチップ化してモータ・ユニット内に搭載した
タイプの小型ACサーボ・アクチュエータ(前述)であ
る。The actuators A 2 ,
A 3 ... Are more preferably small AC servo actuators (described above) of the type directly connected to a gear and of a type in which the servo control system is integrated into one chip and mounted in the motor unit.
【0063】頭部ユニット30、体幹部ユニット40、
腕部ユニット50、各脚部ユニット60などの各機構ユ
ニット毎に、アクチュエータ駆動制御用の副制御部3
5,45,55,65が配備されている。さらに、各脚
部60R,Lの足底が着床したか否かを検出する接地確
認センサ91及び92を装着するとともに、体幹部ユニ
ット40内には、姿勢を計測する姿勢センサ93を装備
している。The head unit 30, the trunk unit 40,
For each mechanism unit such as the arm unit 50 and each leg unit 60, a sub-control unit 3 for actuator drive control is provided.
5, 45, 55 and 65 are provided. Further, grounding confirmation sensors 91 and 92 for detecting whether or not the soles of the legs 60R and L have landed are mounted, and a posture sensor 93 for measuring a posture is provided in the trunk unit 40. ing.
【0064】主制御部80は、各センサ91〜93の出
力に応答して副制御部35,45,55,65に対して
適応的な制御を行い、人間型ロボット100の上肢、体
幹、及び下肢の協調した動作を実現する。主制御部81
は、ユーザ・コマンド等に従って、足部運動、ZMP
(Zero Moment Point)軌道、体幹運動、上肢運動、腰
部高さなどを設定するとともに、これらの設定内容に従
った動作を指示するコマンドを各副制御部35,45,
55,65に転送する。そして、各々の副制御部35,
45…では、主制御部81からの受信コマンドを解釈し
て、各アクチュエータA2,A3…に対して駆動制御信号
を出力する。ここで言う「ZMP」とは、歩行中の床反
力によるモーメントがゼロとなる床面上の点のことであ
り、また、「ZMP軌道」とは、例えばロボット100
の歩行動作期間中にZMPが動く軌跡を意味する。The main control unit 80 performs adaptive control on the sub-control units 35, 45, 55 and 65 in response to the outputs of the sensors 91 to 93, and controls the upper limbs, trunk, And realize the coordinated movement of the lower limbs. Main controller 81
Is a foot exercise, ZMP according to a user command, etc.
(Zero Moment Point) The trajectory, the trunk movement, the upper limb movement, the waist height, and the like are set, and commands for instructing the operation according to the set contents are issued to the sub-control units 35, 45,
Transfer to 55 and 65. Then, each sub-control unit 35,
45, interpret the received command from the main control unit 81 and output a drive control signal to each of the actuators A 2 , A 3 . Here, “ZMP” refers to a point on the floor where the moment due to the floor reaction force during walking becomes zero, and “ZMP trajectory” refers to, for example, the robot 100
Means the trajectory of the movement of the ZMP during the walking operation period of FIG.
【0065】本実施例では、物理的には図3に示す多関
節自由度構成を具備する人間型ロボット100を、さら
に多質点近似モデルに置き換えて歩行制御の演算処理を
行うようになっている。現実の人間型ロボット100
は、無限のすなわち連続的な質点の集合体であるが、有
限数で離散的な質点からなる近似モデルに置き換えるこ
とによって、計算量を削減することが主な目的である。In this embodiment, the humanoid robot 100 physically having the multi-joint degree of freedom configuration shown in FIG. 3 is further replaced with a multi-mass point approximation model to perform the arithmetic processing of the walking control. . Real humanoid robot 100
Is a collection of infinite or continuous mass points, but its main purpose is to reduce the amount of computation by replacing it with an approximate model consisting of a finite number of discrete mass points.
【0066】図5には、本実施例に係る歩行制御の計算
のために導入される、人間型ロボット100の線形且つ
非干渉の多質点近似モデルを図解している。FIG. 5 illustrates a linear and non-interfering multi-mass point approximation model of the humanoid robot 100 introduced for the calculation of the walking control according to the present embodiment.
【0067】図5において、O−XYZ座標系は絶対座
標系におけるロール、ピッチ、ヨー各軸を表し、また、
O’−X’Y’Z’座標系はロボット100とともに動
く運動座標系におけるロール、ピッチ、ヨー各軸を表し
ている。同図に示す多質点モデルでは、iはi番目に与
えられた質点を表す添え字であり、miはi番目の質点
の質量、r’iはi番目の質点の位置ベクトル(但し運
動座標系)を表すものとする。また、後述する腰部運動
制御において特に重要な腰部質点の質量はmh、その位
置ベクトルはr’h(r’hx,r’hy,r’hz)とし、
また、ZMPの位置ベクトルをr’zmpとする。In FIG. 5, the O-XYZ coordinate system represents the roll, pitch, and yaw axes in the absolute coordinate system.
The O'-X'Y'Z 'coordinate system represents the roll, pitch, and yaw axes in the motion coordinate system that moves with the robot 100. The multi-mass point model shown in FIG, i is a subscript representing a mass given to i-th, m i is the i-th material point mass, r 'i is the i-th material point of the position vector (where motion coordinates System). In addition, the mass of the lumbar mass, which is particularly important in the lumbar motion control described later, is m h , and its position vector is r ′ h (r ′ hx , r ′ hy , r ′ hz ),
Also, the position vector of the ZMP is r ′ zmp .
【0068】図5に示す非厳密の多質点近似モデルにお
いては、モーメント式は線形方程式の形式で記述され、
該モーメント式はピッチ軸及びロール軸に関して干渉し
ない、という点を充分理解されたい。In the inexact multi-mass point approximation model shown in FIG. 5, the moment equation is described in the form of a linear equation.
It should be appreciated that the moment equation does not interfere with the pitch and roll axes.
【0069】このような多質点近似モデルは、概ね以下
の処理手順により生成することができる。Such a multi-mass point approximation model can be generally generated by the following processing procedure.
【0070】(1)ロボット100全体の質量分布を求
める。 (2)質点を設定する。質点の設定方法は、設計者のマ
ニュアル入力であっても、所定の規則に従った自動生成
のいずれでも構わない。 (3)各領域i毎に、重心を求め、その重心位置と質量
miを該当する質点に付与する。 (4)各質点miを、質点位置riを中心とし、その質量
に比例した半径に持つ球体として表示する。 (5)現実に連結関係のある質点すなわち球体同士を連
結する。(1) The mass distribution of the entire robot 100 is obtained. (2) Set a mass point. The method of setting the mass may be either manual input by a designer or automatic generation according to a predetermined rule. (3) for each of the regions i, obtains the center of gravity, is applied to the mass to the appropriate position of the center of gravity and mass m i. (4) the mass points m i, centered on the mass point position r i, to display as a sphere having a radius proportional to its mass. (5) The masses that are actually connected, that is, the spheres are connected.
【0071】多質点モデルは、言わば、ワイヤフレーム
・モデルの形態でロボットを表現したものである。本実
施例では、図5を見ても判るように、この多質点近似モ
デルは、両肩、両肘、両手首、体幹、腰部、及び、両足
首の各々を質点として設定したものである。The multi-mass model is a representation of a robot in the form of a wire frame model. In the present embodiment, as can be seen from FIG. 5, this multi-mass point approximation model sets each of both shoulders, both elbows, both wrists, trunk, waist, and both ankles as mass points. .
【0072】なお、図5に示す多質点モデルの腰部情報
における各回転角(θhx,θhy,θ hz)は、人間型ロボ
ット100における腰部の姿勢すなわちロール、ピッ
チ、ヨー軸の回転を規定するものである(図8には、多
質点モデルの腰部周辺の拡大図を示しているので、確認
されたい)。The waist information of the multi-mass model shown in FIG.
At each rotation angle (θhx, Θhy, Θ hz) Is a humanoid robot
Posture of the waist in the unit 100, that is, roll,
This defines the rotation of the hive and yaw axes.
The enlarged view around the waist of the mass model is shown.
I want to.)
【0073】次いで、本実施例に係る人間型ロボット1
00における歩行制御の処理手順について説明する。Next, the humanoid robot 1 according to the present embodiment
The walking control processing procedure at 00 will be described.
【0074】ロボットは、通常、動作する前に予め生成
された運動パターンに従って各関節すなわちアクチュエ
ータを駆動制御することによって、所定の動作を実現す
るようになっている。本実施例に係るロボット100の
場合、任意の足部運動パターン、ZMP軌道、体幹運動
パターン、上肢運動パターン等に基づいて、安定歩行を
可能とする腰部運動パターンを生成するようになってい
る。ここで言うZMP(Zero Moment Point)軌道と
は、歩行ロボットにおいて、足底(若しくは足裏)をあ
る一点で床面に固定したとき、歩行動作中にモーメント
が発生しないような点のことを言う(前述)。Normally, a robot performs a predetermined operation by driving and controlling each joint, that is, an actuator according to a motion pattern generated in advance before the operation. In the case of the robot 100 according to the present embodiment, a waist movement pattern enabling stable walking is generated based on an arbitrary foot movement pattern, a ZMP trajectory, a trunk movement pattern, an upper limb movement pattern, and the like. . Here, the ZMP (Zero Moment Point) trajectory is a point at which a moment does not occur during a walking motion when the sole (or sole) of the walking robot is fixed to the floor at a certain point. (Described above).
【0075】本実施例のように片足が6自由度を持つ2
足歩行型ロボット(図3を参照のこと)の場合、各足部
22R/Lの位置と腰部の水平位置及び高さによって両
脚の姿勢が一意に定まる。したがって、腰部運動パター
ンを生成することは、脚の姿勢すなわち下肢の「歩容」
を決定することに他ならない(「歩容」とは、当業界に
おいて「関節角度の時系列変化」を意味する技術用語で
あり、「運動パターン」と略同義である)。As in this embodiment, one foot has six degrees of freedom.
In the case of a foot-walking robot (see FIG. 3), the posture of both legs is uniquely determined by the position of each foot 22R / L and the horizontal position and height of the waist. Therefore, generating the waist movement pattern is based on the posture of the legs, ie, the “gait” of the lower limbs
("Gait" is a technical term meaning "chronological change of joint angle" in the art, and is substantially synonymous with "exercise pattern").
【0076】図6には、本実施例に係るロボット100
において安定歩行可能な腰部運動を制御するための処理
手順をフローチャートの形式で示している。但し、以下
では、図5に示すような線形・非干渉多質点近似モデル
を用いてロボット100の各関節位置や動作を記述する
ものとし、且つ、計算に際し以下のようなパラメータを
用いることとする。但し、ダッシュ(´)付きの記号は
運動座標系を記述するものと理解されたい。FIG. 6 shows a robot 100 according to this embodiment.
5 shows a processing procedure for controlling a lumbar movement capable of walking stably in the form of a flowchart. However, in the following, each joint position and motion of the robot 100 will be described using a linear / non-interfering multi-mass point approximation model as shown in FIG. 5, and the following parameters will be used in the calculation. . However, it should be understood that symbols with a dash (') describe the motion coordinate system.
【0077】[0077]
【数1】 (Equation 1)
【0078】また、ロボット100の腰部高さが一定
(r'hz+rqz=const)で、且つ、膝部質点がゼロであ
ることを前提とする。[0078] Further, at a certain waist height of the robot 100 (r 'hz + r qz = const), and assumes that knee mass point is zero.
【0079】該処理手順は、ロボット100の歩行や身
振り・手振りなどの動作を指示する旨のユーザ・コマンド
等の入力に応答して開始する。ユーザ・コマンドが指示
するロボット100の動作は、例えば、直立不動時の上
肢と体幹を用いた身振り・手振り、2足による普通歩行
時、2足歩行時における上肢と体幹を用いた身振り・手
振りなど、様々である。The processing procedure is started in response to an input of a user command or the like for instructing the robot 100 to perform an action such as walking, gesturing or hand gesture. The operation of the robot 100 instructed by the user command includes, for example, a gesture / hand gesture using the upper limb and trunk when standing upright and immobile, a gesture using the upper limb and trunk during biped walking, There are various gestures.
【0080】かかるユーザ・コマンドは、主制御部81
において解釈され、足部(より具体的には足底)運動、
足部運動から導出されるZMP軌道、体幹運動、上肢運
動、腰部の姿勢や高さなど、各部の駆動・動作を実際に
決定するためのパターンが設定される(ステップS1
1)。より具体的には、まず足部運動パターン、次いで
ZMP軌道、体幹運動パターン、そして上肢運動パター
ンを設定する。また、腰部の運動に関しては、Z'方向
のみ設定し、X'及びY'の各方向については未知とす
る。The user command is sent to the main control unit 81
Interpreted in the foot (more specifically, sole) movement,
A pattern for actually determining the drive and operation of each part, such as the ZMP trajectory derived from the foot movement, the trunk movement, the upper limb movement, the posture and height of the waist, and the like is set (step S1).
1). More specifically, a foot motion pattern, a ZMP trajectory, a trunk motion pattern, and an upper limb motion pattern are set first. Also, regarding the motion of the waist, only the Z ′ direction is set, and the X ′ and Y ′ directions are unknown.
【0081】次に、線形・非干渉多質点近似モデルを用
いて、足部、体幹、そして上肢運動により発生する設定
ZMP上でのピッチ軸、ロール軸まわりの各モーメント
(M x,My)を算出する(ステップS12)。Next, a linear / non-interfering multi-mass point approximation model is used.
And settings caused by foot, trunk, and upper limb movement
Each moment about pitch axis and roll axis on ZMP
(M x, My) Is calculated (step S12).
【0082】次いで、線形・非干渉多質点近似モデルを
用いて、腰部水平面内運動(r'hx,r'hy)によって発
生する設定ZMP上でのモーメントを算出する(ステッ
プS13)。Next, using the linear / non-interfering multi-mass point approximation model, the moment on the set ZMP generated by the motion in the waist horizontal plane (r ′ hx , r ′ hy ) is calculated (step S13).
【0083】次いで、設定ZMP上におけるモーメント
に関する釣り合い式を、ロボットとともに動く運動座標
系O'−X'Y'Z'上で導出する(ステップS14)。よ
り具体的には、足部、体幹、そして上肢運動により発生
するモーメント(Mx,My)を既知変数の項として右
辺に、腰部質点の水平運動に関する項(rhx,rhy)を
未知変数の項として左辺にまとめ、下式に示すような線
形・非干渉なZMP方程式(1)を導出する。Next, a balance equation relating to the moment on the set ZMP is derived on the motion coordinate system O'-X'Y'Z 'that moves with the robot (step S14). More specifically, foot, trunk, and moments generated by the upper limb (M x, M y) on the right side as terms of known variables, section on horizontal movement of the lumbar mass point (r hx, r hy) of A linear and non-interfering ZMP equation (1) as shown in the following equation is derived as a term of the unknown variable on the left side.
【0084】[0084]
【数2】 (Equation 2)
【0085】但し、以下が成立するものとする。However, it is assumed that the following holds.
【0086】[0086]
【数3】 (Equation 3)
【0087】次いで、上記のZMP方程式(1)を解い
て、腰部水平面内軌道を算出する(ステップS15)。
例えば、オイラー法やルンゲ・クッタ法などの数値的解
法(周知)を用いてZMP方程式(1)を解くことで、
未知変数としての腰部の水平絶対位置(rhx,rhy)の
数値解を求めることができる(ステップS16)。ここ
で求められる数値解は、安定歩行可能な腰部運動パター
ンの近似解であり、より具体的にはZMPが目標位置に
入るような腰部水平絶対位置である。ZMP目標位置
は、通常、着床した足底に設定される。Next, the above-mentioned ZMP equation (1) is solved to calculate the trajectory in the waist horizontal plane (step S15).
For example, by solving the ZMP equation (1) using a numerical solution (well-known) such as the Euler method or the Runge-Kutta method,
A numerical solution of the horizontal absolute position ( rhx , rhy ) of the waist as an unknown variable can be obtained (step S16). The numerical solution obtained here is an approximate solution of the waist movement pattern that enables stable walking, and more specifically, the waist horizontal absolute position where the ZMP enters the target position. The ZMP target position is usually set to the sole that has landed.
【0088】算出された近似解上では予め設定した体幹
・上肢運動が実現できない場合には、体幹・上肢運動パタ
ーンの再設定・修正を行う(ステップS17)。この
際、膝部の軌道を算出してもよい。If the predetermined trunk / upper limb movement cannot be realized on the calculated approximate solution, the trunk / upper limb movement pattern is reset / corrected (step S17). At this time, the trajectory of the knee may be calculated.
【0089】次いで、上述のようにして得られた全身運
動パターンを代入して、厳密モデル(すなわち、剛体、
若しくは非常に多くの質点からなるロボット100の精
密なモデル)における設定ZMP上のモーメント(eM
x,eMy)を算出する(ステップS18)。非厳密モ
デルでは上記の[数3]が成立することを前提とした
が、厳密モデルではかかる前提を要しない(すなわち時
間の変化に対して一定である必要はない)。Next, the strict model (that is, rigid body,
Alternatively, a moment (eM) on the set ZMP in the robot 100 (a precise model of a large number of mass points)
x, eM y) is calculated (step S18). The non-strict model assumes that the above [Equation 3] holds, but the strict model does not require such a premise (that is, it does not need to be constant with time).
【0090】厳密モデルにおけるモーメント(eMx,
eMy)は、腰部運動の発生するモーメント誤差であ
る。続くステップS19では、このモーメント(e
Mx,eM y)が非厳密モデルにおける近似モーメント
の許容値(εMx,εMy)未満か否かを判定する。許
容値ε未満であれば、腰部安定運動パターンの厳密解及
び安定歩行を実現できる全身運動パターンを得ることが
できたことを意味するので(ステップS20)、本処理
ルーチン全体を終了する。The moment (eM) in the exact modelx,
eMy) Is the moment error caused by waist movement.
You. In the following step S19, this moment (e
Mx, EM y) Is the approximate moment in the inexact model
Tolerance (εMx, ΕMy) Is determined. Forgiveness
Exact solution of waist stable motion pattern if less than ε
To obtain a whole-body exercise pattern that can achieve stable walking
This means that the processing has been completed (step S20).
End the entire routine.
【0091】他方、厳密モデルにおけるモーメント(e
Mx,eMy)が近似モデルにおけるモーメントの許容
値(εMx,εMy)以上であった場合には、厳密モデ
ルにおけるモーメント(eMx,eMy)を用いて近似
モデルにおける既知発生モーメント(Mx,My)を修
正して(ステップS21)、再びZMP方程式の導出を
行う。そして、許容値ε未満に収束するまで、上述した
ような腰部運動パターンの近似解の算出と修正を繰り返
し実行する。On the other hand, the moment (e
If M x , eM y ) is greater than or equal to the allowable value of the moment (εM x , εM y ) in the approximate model, the known moment (eM x , eM y ) in the approximate model is used using the moment (eM x , eMy) in the strict model. M x, modify the M y) (step S21), and performs the derivation of ZMP equation once again. Then, the calculation and correction of the approximate solution of the waist motion pattern as described above are repeatedly executed until the value converges to less than the allowable value ε.
【0092】要するに、図6に示す処理手順によれば、
足部運動の他に、体幹運動や上肢運動の設定に基づいて
安定歩行可能な腰部運動を実現することができる訳であ
る。体幹運動や上肢運動とは、身振りや手振りなどのロ
ボット100の上半身を用いた表現動作すなわち上半身
の歩容に相当する。また、片足6自由度からなる2足歩
行型のロボット100(図3を参照のこと)の場合、各
足部22R/Lの位置と腰部の水平位置と高さで、脚の
姿勢すなわち下肢の「歩容」が一意に定まるので、腰部
運動パターンを生成することは下肢の「歩容」を決定す
ることを意味する。In short, according to the processing procedure shown in FIG.
In other words, it is possible to realize a lumbar motion capable of stable walking based on the settings of the trunk motion and the upper limb motion in addition to the leg motion. The trunk movement and the upper limb movement correspond to an expression operation using the upper body of the robot 100, such as a gesture or a hand gesture, that is, a gait of the upper body. In the case of a bipedal walking robot 100 having six degrees of freedom on one leg (see FIG. 3), the position of each leg 22R / L, the horizontal position and height of the waist, and the posture of the leg, that is, the leg Since the “gait” is uniquely determined, generating the waist movement pattern means determining the “gait” of the lower limb.
【0093】したがって、本実施例に係る2足直立歩行
型のロボット100によれば、直立不動時や普通歩行時
など様々な動作状態であっても、安定歩行を実現できる
ように下肢の歩容を決定することができる、と換言する
ことができよう。Therefore, according to the two-legged upright walking type robot 100 according to the present embodiment, the gait of the lower limb can be realized so that stable walking can be realized even in various operating states such as when standing upright immovably or during normal walking. Can be paraphrased.
【0094】特に、直立不動時に上体すなわち上肢と体
幹を用いた身振り・手振りの動作をロボット100に印
加した場合には、かかる上体の歩容に応じて、安定歩行
できるような(すなわち上体の歩容に伴うアンバランス
を補うような)下肢の歩容を決定することができる。す
なわち、身振りや手振りなど上半身主導の感情表現動作
のために失われた姿勢安定性を、腰の水平位置で定義さ
れる下肢の歩容によって好適に補償若しくは回復させる
ことができる、という訳である。In particular, when the upper body, that is, a gesture or hand gesture using the upper limb and the trunk is applied to the robot 100 when the robot is standing upright, the robot can walk stably in accordance with the gait of the upper body (ie, The gait of the lower limb (to compensate for the imbalance associated with the upper gait) can be determined. In other words, postural stability lost due to upper body-led emotional expression movements such as gestures and hand gestures can be suitably compensated or recovered by the gaits of the lower limbs defined by the horizontal position of the waist. .
【0095】また、図7には、本実施例に係るロボット
100において安定歩行可能な腰部運動を制御する処理
手順の他の例をフローチャートの形式で示している。但
し、上述と同様に、線形・非干渉多質点近似モデルを用
いてロボット100の各関節位置や動作を記述するもの
とする。FIG. 7 is a flowchart showing another example of the processing procedure for controlling the lumbar movement enabling stable walking in the robot 100 according to the present embodiment. However, in the same manner as described above, each joint position and motion of the robot 100 are described using a linear / non-interfering multi-mass point approximation model.
【0096】該処理手順は、ロボット100の歩行や身
振り・手振りなどの動作を指示する旨のユーザ・コマンド
等の入力に応答して開始する。ユーザ・コマンドが指示
するロボット100の動作は、例えば、直立不動時の上
肢と体幹を用いた身振り・手振り、2足による普通歩行
時、2足歩行時における上肢と体幹を用いた身振り・手
振りなど、様々である。The processing procedure is started in response to an input of a user command or the like for instructing the robot 100 to perform an operation such as walking, gesturing or hand gesture. The operation of the robot 100 instructed by the user command includes, for example, a gesture / hand gesture using the upper limb and trunk when standing upright and immobile, a gesture using the upper limb and trunk during biped walking, There are various gestures.
【0097】かかるユーザ・コマンドは、主制御部81
において解釈され、足部(より具体的には足底)運動、
足部運動から導出されるZMP軌道、体幹運動、上肢運
動、腰部の姿勢や高さなど、各部の駆動・動作を実際に
決定するためのパターンが設定される(ステップS3
1)。より具体的には、まず足部運動パターン、次いで
ZMP軌道、体幹運動パターン、そして上肢運動パター
ンを設定する。また、腰部の運動に関しては、Z'方向
のみ設定し、X'及びY'の各方向については未知とす
る。The user command is sent to the main control unit 81
Interpreted in the foot (more specifically, sole) movement,
A pattern for actually determining the drive and operation of each part, such as the ZMP trajectory derived from the foot movement, the trunk movement, the upper limb movement, and the posture and height of the waist, is set (step S3).
1). More specifically, a foot motion pattern, a ZMP trajectory, a trunk motion pattern, and an upper limb motion pattern are set first. Also, regarding the motion of the waist, only the Z ′ direction is set, and the X ′ and Y ′ directions are unknown.
【0098】次に、線形・非干渉多質点近似モデル(前
述及び図5を参照のこと)を用いて、足部、体幹、そし
て上肢運動により発生する設定ZMP上でのピッチ軸、
ロール軸まわりの各モーメント(Mx,My)を算出する
(ステップS32)。Next, using the linear / non-interfering multi-mass point approximation model (see above and FIG. 5), the pitch axis on the set ZMP generated by the foot, trunk, and upper limb movements,
Each moment about the roll axis (M x, M y) is calculated (step S32).
【0099】次いで、腰部水平面内運動(r'hx,
r'hy)をフーリエ級数展開する(ステップS33)。
当業界において既に周知のように、フーリエ級数展開す
ることにより、時間軸成分を周波数成分に置き換えて演
算することができる。すなわち、この場合には腰部の動
きを周期的な動きとして捉えることができる。また、F
FT(高速フーリエ変換)を適用することができるの
で、計算速度を大幅に向上させることができる。Next, the motion in the waist horizontal plane (r ′ hx ,
r ′ hy ) is subjected to Fourier series expansion (step S33).
As is well known in the art, by performing Fourier series expansion, it is possible to replace the time axis component with the frequency component and perform the calculation. That is, in this case, the movement of the waist can be regarded as a periodic movement. Also, F
Since FT (fast Fourier transform) can be applied, the calculation speed can be greatly improved.
【0100】次いで、設定ZMP上でのピッチ軸、ロー
ル軸まわりの各モーメント(Mx,My)についてもフ
ーリエ級数展開する(ステップS34)。Next, the moments (M x , M y ) about the pitch axis and roll axis on the set ZMP are also subjected to Fourier series expansion (step S34).
【0101】次いで、腰部水平面内軌道のフーリエ係数
を算出し、さらに逆フーリエ級数展開することで(ステ
ップS35)、腰部運動の近似解が求まる(ステップS
36)。ここで求められる近似解は、安定歩行可能な腰
部運動パターンを規定する腰部の水平絶対位置の近似解
(rhx,rhy)であり、より具体的にはZMPが目標位
置に入るような腰部水平絶対位置である。ZMP目標位
置は、通常、着床した足底に設定される。Next, the approximate solution of the waist motion is obtained by calculating the Fourier coefficient of the trajectory in the horizontal plane of the lumbar region and further developing the inverse Fourier series (step S35).
36). The approximate solution obtained here is an approximate solution (r hx , rhy ) of the horizontal absolute position of the waist defining a waist movement pattern capable of stable walking, and more specifically, the waist such that the ZMP enters the target position. The absolute horizontal position. The ZMP target position is usually set to the sole that has landed.
【0102】算出された近似解上では予め設定した体幹
・上肢運動が実現できない場合には、体幹・上肢運動パタ
ーンの再設定・修正を行う(ステップS37)。この
際、膝部の軌道を算出してもよい。If the previously set trunk / upper limb movement cannot be realized on the calculated approximate solution, the trunk / upper limb movement pattern is reset / corrected (step S37). At this time, the trajectory of the knee may be calculated.
【0103】次いで、上述のようにして得られた全身運
動パターンを代入して、厳密モデル(すなわち、剛体、
若しくは非常に多くの質点からなるロボット100の精
密なモデル)における設定ZMP上のモーメント(eM
x,eMy)を算出する(ステップS38)。非厳密モ
デルでは上記の[数3]が成立することを前提とした
が、厳密モデルではかかる前提を要しない(すなわち時
間の変化に対して一定である必要はない)。Next, by substituting the whole body movement pattern obtained as described above, an exact model (that is, a rigid body,
Alternatively, a moment (eM) on the set ZMP in the robot 100 (a precise model of a large number of mass points)
x, eM y) is calculated (step S38). The non-strict model assumes that the above [Equation 3] holds, but the strict model does not require such a premise (that is, it does not need to be constant with time).
【0104】厳密モデルにおけるモーメント(eMx,
eMy)は、腰部運動の発生するモーメント誤差であ
る。続くステップS39では、このモーメント(e
Mx,eM y)が近似モデルにおけるモーメントの許容
値(εMx,εMy)未満か否かを判定する。許容値ε
未満であれば、腰部安定運動パターンの厳密解及び安定
歩行を実現できる全身運動パターンを得ることができた
ことを意味するので(ステップS40)、本処理ルーチ
ン全体を終了する。The moment (eM) in the exact modelx,
eMy) Is the moment error caused by waist movement.
You. In a succeeding step S39, this moment (e
Mx, EM y) Is the tolerance of the moment in the approximate model
Value (εMx, ΕMy) Is determined. Tolerance ε
If less than, the exact solution and stability of the lumbar stable motion pattern
I was able to obtain a whole body movement pattern that can realize walking
(Step S40), this processing routine
Terminate the entire program.
【0105】他方、厳密モデルにおけるモーメント(e
Mx,eMy)が近似モデルにおけるモーメントの許容
値(εMx,εMy)以上であった場合には、厳密モデ
ルにおけるモーメント(eMx,eMy)を用いて非厳
密モデルにおける既知発生モーメント(Mx,My)を
修正して(ステップS41)、再びフーリエ級数展開し
て、許容値ε未満に収束するまで、上述したような腰部
運動パターンの近似解の算出と修正を繰り返し実行す
る。On the other hand, the moment (e
If M x , eM y ) is equal to or greater than the allowable value of the moment (εM x , εM y ) in the approximate model, the known generated moment in the inexact model is calculated using the moment (eM x , eM y ) in the exact model. (M x, M y) by modifying the (step S41), and Fourier series expansion again, to converge to less than the allowable value epsilon, repeatedly executes the correction and calculation of the approximate solution of the waist motion pattern as described above .
【0106】当業者であれば、図7に示す処理手順によ
っても体幹運動や上肢運動の設定に基づいて安定歩行可
能な腰部運動を実現することができる、ということを理
解できるであろう。特に、ZMP方程式の数値的解法に
頼らず、フーリエ級数展開を用いることで、周期運動を
高速に求めると同時に、FFT(高速フーリエ変換)を
適用することでモーメント計算そのものを高速化するこ
とができる。Those skilled in the art will understand that the processing procedure shown in FIG. 7 can also realize a waist movement that enables stable walking based on the settings of the trunk movement and the upper limb movement. In particular, the Fourier series expansion can be used at high speed without resorting to the numerical solution of the ZMP equation, and at the same time, the moment calculation itself can be speeded up by applying FFT (Fast Fourier Transform). .
【0107】体幹運動や上肢運動とは、身振りや手振り
などのロボットの上半身を用いた表現動作すなわち上半
身の歩容に相当する。また、片足が6個の関節自由度の
2足歩行型ロボット100(図3を参照のこと)の場
合、各足部22R/Lの位置と腰部の高さで脚の姿勢が
一意に定まるので、腰部運動パターンを生成すること
は、脚の姿勢すなわち下肢の「歩容」を決定することを
意味する(前述)。The trunk movement and the upper limb movement correspond to an expression operation using the upper body of the robot, such as a gesture or a hand gesture, that is, a gait of the upper body. In the case of a bipedal walking robot 100 having six joints with one leg (see FIG. 3), the position of each leg 22R / L and the height of the waist are uniquely determined by the leg posture. Generating the waist movement pattern means determining the posture of the leg, that is, the “gait” of the lower limb (described above).
【0108】したがって、本実施例に係る2足直立歩行
型のロボット100によれば、直立不動時や普通歩行時
など様々な動作状態であっても、安定歩行を実現できる
ように下肢の歩容を決定することができる、と換言する
ことができよう。Therefore, according to the robot 100 of the two-legged upright walking type according to the present embodiment, the gait of the lower limb can be realized so that stable walking can be realized even in various operating states such as standing upright immobility and normal walking. Can be paraphrased.
【0109】特に、直立不動時に上体すなわち上肢と体
幹を用いた身振り・手振りの動作を印加した場合には、
かかる上体の歩容に応じて、安定歩行できるような下肢
の歩容を決定することができる。すなわち、身振りや手
振りなど上半身主導の感情表現動作のために失われた姿
勢安定性を、腰の水平位置で定義される下肢の歩容によ
って好適に補償若しくは回復させることができる、とい
う訳である。In particular, when a gesture or hand gesture using the upper body, that is, the upper limb and the trunk, is applied when the robot is standing upright and immobile,
The gait of the lower limb that enables stable walking can be determined according to the gait of the upper body. In other words, postural stability lost due to upper body-led emotional expression movements such as gestures and hand gestures can be suitably compensated or recovered by the gaits of the lower limbs defined by the horizontal position of the waist. .
【0110】[追補]以上、特定の実施例を参照しなが
ら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発
明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施例の修正や
代用を成し得ることは自明である。[Supplement] The present invention has been described in detail with reference to the specific embodiments. However, it is obvious that those skilled in the art can modify or substitute the embodiment without departing from the spirit of the present invention.
【0111】本明細書中では、ロボットの体幹ピッチ軸
5と、体幹ロール軸6と、体幹ヨー軸7という3自由度
をロボットの腰部の姿勢(θhx,θhy,θhz)として扱
ったが、腰部の位置は人間型ロボット100と現実のヒ
トやサルなどの2足直立歩行動物の身体メカニズムとの
対比により柔軟に解釈されたい。In the present specification, the three degrees of freedom of the trunk pitch axis 5, the trunk roll axis 6, and the trunk yaw axis 7 of the robot are defined by the posture of the waist of the robot (θ hx , θ hy , θ hz ). However, the position of the waist should be interpreted flexibly by comparing the humanoid robot 100 with the body mechanism of a real bipedal walking animal such as a human or a monkey.
【0112】また、本発明の要旨は、必ずしも「ロボッ
ト」と称される製品には限定されない。すなわち、電気
的若しくは磁気的な作用を用いて人間の動作に似せた運
動を行う機械装置であるならば、例えば玩具等のような
他の産業分野に属する製品であっても、同様に本発明を
適用することができる。The gist of the present invention is not necessarily limited to a product called a “robot”. That is, as long as the mechanical device performs a motion similar to a human motion using an electric or magnetic action, the present invention similarly applies to a product belonging to another industrial field such as a toy. Can be applied.
【0113】要するに、例示という形態で本発明を開示
してきたのであり、限定的に解釈されるべきではない。
本発明の要旨を判断するためには、冒頭に記載した特許
請求の範囲の欄を参酌すべきである。In short, the present invention has been disclosed by way of example, and should not be construed as limiting.
In order to determine the gist of the present invention, the claims described at the beginning should be considered.
【0114】参考のため、人間型ロボットの関節モデル
構成を図9に図解しておく。同図に示す例では、肩関節
5から上腕3、肘関節6、前腕4、手首関節7及び手部
8からなる部分を「上肢部」17と呼ぶ。また、肩関節
5から体幹関節10までの範囲を「体幹部」9と呼び、
ヒトの胴体に相当する。また、股関節11から体幹関節
10までの範囲を「腰部」18と呼ぶ。体幹関節10
は、ヒトの背骨が持つ自由度を表現する作用を有する。
また、股関節11より下の大腿部12、膝関節14、下
腿部13、足首関節15及び足部16からなる部分を
「下肢部」19と呼ぶ。一般には、体幹関節10より上
方を「上体(又は上半身)」と呼び、それより下方を
「下体(又は下半身)」と呼ぶFor reference, a joint model configuration of a humanoid robot is illustrated in FIG. In the example shown in the figure, a portion consisting of the shoulder joint 5 to the upper arm 3, the elbow joint 6, the forearm 4, the wrist joint 7, and the hand 8 is referred to as an "upper limb" 17. In addition, the range from the shoulder joint 5 to the trunk joint 10 is referred to as “trunk” 9,
It corresponds to the human torso. Further, a range from the hip joint 11 to the trunk joint 10 is referred to as a “waist” 18. Trunk joint 10
Has the effect of expressing the degrees of freedom of the human spine.
In addition, a portion including the thigh 12, the knee 14, the lower leg 13, the ankle 15 and the foot 16 below the hip 11 is referred to as a “lower limb” 19. Generally, the upper part of the trunk joint 10 is called “upper body (or upper body)”, and the lower part is called “lower body (or lower body)”.
【0115】また、図10には、人間型ロボットの他の
関節モデル構成を図解している。同図に示す例は、体幹
関節10を有しない点で図9に示した例とは相違する。
各部の名称については図を参照されたい。背骨に相当す
る体幹関節が省略される結果として人間型ロボットの上
体の動きは表現力を失う。但し、危険作業やなお作業の
代行など、産業目的の人間型ロボットの場合、上体の動
きを要しない場合がある。なお、図9及び図10で用い
た参照番号は、それ以外の図面とは一致しない点を理解
されたい。FIG. 10 illustrates another joint model configuration of the humanoid robot. The example shown in FIG. 11 differs from the example shown in FIG.
See the figure for the names of each part. As a result of omitting the trunk joint corresponding to the spine, the movement of the upper body of the humanoid robot loses its expressive power. However, in the case of a humanoid robot for industrial purposes, such as a dangerous operation or a surrogate operation, there is a case where the body does not need to move. It should be understood that the reference numerals used in FIGS. 9 and 10 do not match those of the other drawings.
【0116】[0116]
【発明の効果】以上詳記したように、本発明によれば、
生体のメカニズムや動作を模した構造を有するリアリス
ティックなロボットに好適に適用される、優れた歩行制
御装置及び歩行制御方法を提供することができる。As described above in detail, according to the present invention,
It is possible to provide an excellent walking control device and an excellent walking control method that are suitably applied to a realistic robot having a structure imitating a biological mechanism or operation.
【0117】また、本発明によれば、例えばヒトやサル
などの直立歩行型の身体メカニズムや動作を模した構造
を有する脚式移動型ロボットに好適に適用される、優れ
た歩行制御装置及び歩行制御方法を提供することができ
る。Further, according to the present invention, there is provided an excellent walking control device and an excellent walking control which are suitably applied to a legged mobile robot having a structure simulating an upright walking type body mechanism or operation such as a human or monkey. A control method can be provided.
【0118】また、本発明によれば、2足直立歩行によ
る脚式移動を行うとともに脚部の上には胴体や頭部、腕
などのいわゆる上半身が搭載されてなる直立歩行・脚式
移動型ロボットに好適に適用される、優れた歩行制御装
置及び歩行制御方法を提供することができる。Further, according to the present invention, an upright walking / legged mobile type in which a so-called upper body such as a torso, a head, and an arm is mounted on a leg portion while performing a legged movement by bipedal upright walking. An excellent walking control device and an excellent walking control method that are suitably applied to a robot can be provided.
【0119】また、本発明によれば、ヒトに近い自然な
動作や豊な表現力を維持しながら安定歩行を実現するロ
ボットに好適に適用される、優れた歩行制御装置及び歩
行制御方法を提供することができる。Further, according to the present invention, there is provided an excellent gait control device and an excellent gait control method which are suitably applied to a robot which realizes a stable gait while maintaining a natural motion and rich expressive power close to humans. can do.
【0120】また、本発明によれば、2足直立歩行によ
る脚式移動を行うとともに脚部の上には胴体や頭部、腕
などのいわゆる上半身が搭載されてなるロボットにおい
て、身振りや手振りなど上半身主導の感情表現動作のた
めに失われた姿勢安定性を補償若しくは回復させること
ができる、優れた歩行制御装置及び歩行制御方法を提供
することができる。According to the present invention, there is provided a robot in which a so-called upper body such as a torso, a head, and an arm is mounted on a leg portion while performing a legged movement by bipedal upright walking. It is possible to provide an excellent walking control device and an excellent walking control method, which can compensate or recover the posture stability lost due to the upper body-led emotion expression operation.
【0121】本発明に係る2足直立歩行型のロボット
は、任意の足部運動パターン、ZMP軌道、体幹運動パ
ターン、上肢運動パターン等に基づいて、安定歩行を可
能とする腰部運動パターンを生成して、体幹部以下(あ
るいは腰部以下)すなわち下半身の安定した運動パター
ンを生成するようになっている。したがって、身振りや
手振りなど上半身主導の感情表現動作のために失われた
姿勢安定性を、下半身の運動によって好適に補償若しく
は回復させることができる。The bipedal upright walking type robot according to the present invention generates a waist movement pattern enabling stable walking based on an arbitrary foot movement pattern, ZMP trajectory, trunk movement pattern, upper limb movement pattern and the like. As a result, a stable exercise pattern of the trunk or lower part (or waist or lower part), that is, the lower body, is generated. Therefore, the posture stability lost due to the upper body-led emotional expression operation such as gesture or hand gesture can be suitably compensated or restored by the exercise of the lower body.
【0122】片足が6個の関節自由度を持つ2足歩行型
ロボットの場合、各足部の位置と腰部の高さで脚の姿勢
が一意に定まるので、腰部運動パターンを生成すること
は、脚の姿勢すなわち下肢の「歩容」を決定することを
意味する。したがって、本発明に係る歩行制御装置及び
歩行制御方法によれば、上半身の歩容に応じて、安定歩
行できるような下半身の歩容を決定することができる訳
である。In the case of a bipedal walking robot having six joint degrees of freedom on one leg, the posture of the leg is uniquely determined by the position of each leg and the height of the waist. This means determining the posture of the legs, that is, the “gait” of the lower limbs. Therefore, according to the gait control device and the gait control method according to the present invention, it is possible to determine a gait of a lower body that allows a stable gait according to a gait of an upper body.
【図1】本発明の実施に供される人間型ロボット100
を前方から眺望した様子を示た図である。FIG. 1 shows a humanoid robot 100 used for carrying out the present invention.
It is the figure which showed a mode that looked at from the front.
【図2】本発明の実施に供される人間型ロボット100
を後方から眺望した様子を示た図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a humanoid robot 100 according to an embodiment of the present invention.
It is the figure which showed the mode that looked at from the back.
【図3】本実施例に係る人間型ロボット100が具備す
る自由度構成モデルを模式的に示した図である。FIG. 3 is a diagram schematically illustrating a degree-of-freedom configuration model included in the humanoid robot 100 according to the present embodiment.
【図4】本実施例に係る人間型ロボット100の制御シ
ステム構成を模式的に示した図である。FIG. 4 is a diagram schematically illustrating a control system configuration of the humanoid robot 100 according to the present embodiment.
【図5】本実施例に係る歩行制御の計算のために導入さ
れる、人間型ロボット100の線形且つ非干渉の多質点
近似モデルを示した図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a linear and non-interfering multi-mass point approximation model of the humanoid robot 100, which is introduced for the calculation of walking control according to the present embodiment.
【図6】本実施例に係る人間型ロボット100における
歩行制御の処理手順を示したフローチャートである。FIG. 6 is a flowchart showing a processing procedure of walking control in the humanoid robot 100 according to the embodiment.
【図7】本実施例に係るロボット100において安定歩
行可能な腰部運動を制御する処理手順の他の例を示した
フローチャートである。FIG. 7 is a flowchart illustrating another example of a processing procedure for controlling a lumbar motion capable of stably walking in the robot 100 according to the embodiment.
【図8】図5に示した多質点モデルの腰部周辺の拡大図
である。FIG. 8 is an enlarged view of the periphery of the waist of the multi-mass model shown in FIG. 5;
【図9】人間型ロボットの関節モデル構成を模式的に示
した図である。FIG. 9 is a diagram schematically illustrating a joint model configuration of a humanoid robot.
【図10】人間型ロボットの関節モデル構成を模式的に
示した図である。FIG. 10 is a diagram schematically illustrating a joint model configuration of a humanoid robot.
1…頭部,2…首関節ヨー軸 3…首関節ピッチ軸,4…首関節ロール軸 5…体幹ピッチ軸,6…体幹ロール軸 7…体幹ヨー軸,8…肩関節ピッチ軸 9…肩関節ロール軸,10…上腕ヨー軸 11…肘関節ピッチ軸,12…前腕ヨー軸 13…手首関節ピッチ軸,14…手首関節ロール軸 15…手部,16…股関節ヨー軸 17…股関節ピッチ軸,18…股関節ロール軸 19…膝関節ピッチ軸,20…足首関節ピッチ軸 21…足首関節ロール軸,22…足部 30…頭部ユニット,40…体幹部ユニット 50…腕部ユニット,51…上腕ユニット 52…肘関節ユニット,53…前腕ユニット 60…脚部ユニット,61…大腿部ユニット 62…膝関節ユニット,63…脛部ユニット 80…制御ユニット,81…主制御部 82…周辺回路 91,92…接地確認センサ 93…姿勢センサ 100…人間型ロボット DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Head, 2 ... Neck joint yaw axis 3 ... Neck joint pitch axis, 4 ... Neck joint roll axis 5 ... Trunk pitch axis, 6 ... Trunk roll axis 7 ... Trunk yaw axis, 8 ... Shoulder joint pitch axis 9 ... shoulder joint roll axis, 10 ... upper arm yaw axis 11 ... elbow joint pitch axis, 12 ... forearm yaw axis 13 ... wrist joint pitch axis, 14 ... wrist joint roll axis 15 ... hand, 16 ... hip joint yaw axis 17 ... hip joint Pitch axis, 18: Hip joint roll axis 19: Knee joint pitch axis, 20: Ankle joint pitch axis 21: Ankle joint roll axis, 22: Foot 30: Head unit, 40: Trunk unit 50: Arm unit, 51 ... upper arm unit 52 ... elbow joint unit, 53 ... forearm unit 60 ... leg unit, 61 ... thigh unit 62 ... knee joint unit, 63 ... shin unit 80 ... control unit, 81 ... main control unit 82 ... peripheral circuit 91, 2 ... ground check sensor 93 ... attitude sensor 100 ... humanoid robot
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石田 健蔵 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 山口 仁一 東京都日野市多摩平5−14−38 Fターム(参考) 2C150 CA01 CA02 DA02 DK02 DK03 EB01 ED01 ED08 ED41 EF16 EF23 EH07 FA01 3F059 AA00 BB06 DA07 FC00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Kenzo Ishida 6-7-35 Kita-Shinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo Inside Sony Corporation (72) Inventor Jinichi Yamaguchi 5-14-38 Tamadaira, Hino-shi, Tokyo F term (reference) 2C150 CA01 CA02 DA02 DK02 DK03 EB01 ED01 ED08 ED41 EF16 EF23 EH07 FA01 3F059 AA00 BB06 DA07 FC00
Claims (18)
れ、下肢による脚式移動を行うタイプのロボットの歩行
制御装置であって、 任意の足部運動パターン、ZMP軌道、体幹運動パター
ン、上肢運動パターンに基づいて腰部運動パターンを導
出することにより歩行時の全身運動パターンを得ること
を特徴とするロボットの歩行制御装置。1. A walking control device for a robot comprising at least a lower limb, a trunk and a waist, and performing a legged movement by the lower limb, comprising: an arbitrary foot motion pattern, a ZMP trajectory, a trunk motion pattern, an upper limb A walking control device for a robot, wherein a whole body movement pattern during walking is obtained by deriving a waist movement pattern based on the movement pattern.
れ、ZMPが目標位置に入るように下肢による脚式移動
を行うタイプのロボットの歩行制御装置であって、
(a)要求された動作を実現するための足部運動、体幹
運動、上肢運動、腰部の姿勢及び高さを設定する手段
と、(b)前記手段(a)により設定された足部運動に
基づいてZMP軌道を設定する手段と、(c)前記手段
(b)により設定されたZMP上でモーメントが釣り合
う腰部運動の解を求める手段と、(d)腰部運動の解に
基づいて腰部運動を実行する手段と、を具備することを
特徴とするロボットの歩行制御装置。2. A walking control device for a robot of a type comprising at least a lower limb, a trunk and a waist, and performing leg-type movement with the lower limb so that the ZMP enters a target position,
(A) means for setting a foot movement, trunk movement, upper limb movement, waist posture and height for realizing a requested operation; and (b) foot movement set by the means (a). Means for setting a ZMP trajectory based on the following equation: (c) means for obtaining a solution of a waist motion in which moments are balanced on the ZMP set by the means (b); and (d) waist motion based on a solution of the waist motion. And a means for performing the following.
れ、ZMPが目標位置に入るように下肢による脚式移動
を行うタイプのロボットの歩行制御装置であって、
(A)要求された動作を実現するための足部運動、体幹
運動、上肢運動、腰部の姿勢及び高さを設定する手段
と、(B)前記手段(A)により設定された足部運動に
基づいてZMP軌道を設定する手段と、(C)前記ロボ
ットの非厳密モデルを用いて、前記手段(B)により設
定されたZMP上でモーメントが釣り合う腰部運動の近
似解を求める手段と、(D)前記ロボットの厳密モデル
を用いて、前記手段(B)により設定されたZMP上で
モーメントが釣り合う腰部運動の近似解を求める手段
と、(E)前記手段(C)及び手段(D)の各近似解の
差が所定の許容値未満であれば腰部運動の解とする手段
と、(F)前記手段(C)及び手段(D)の各近似解の
差が所定の許容値以上であれば、設定ZMP上における
非厳密モデルのモーメントを修正して、前記手段(C)
に再投入する手段と、(G)腰部運動の解に基づいて腰
部運動を実行する手段と、を具備することを特徴とする
ロボットの歩行制御装置。3. A walking control device for a robot of a type comprising at least a lower limb, a trunk and a waist, and performing legged movement with the lower limb so that the ZMP enters a target position,
(A) means for setting a foot movement, trunk movement, upper limb movement, waist posture and height for realizing a requested operation; and (B) foot movement set by the means (A). Means for setting a ZMP trajectory based on the following formula: (C) means for obtaining an approximate solution of waist motion in which moments are balanced on the ZMP set by means (B), using an inexact model of the robot; D) means for obtaining an approximate solution of waist movement in which moments are balanced on the ZMP set by means (B) by using the exact model of the robot; and (E) means for obtaining means (C) and means (D). If the difference between the approximate solutions is less than a predetermined allowable value, a means for determining a waist motion solution; and (F) the difference between the approximate solutions of the means (C) and the means (D) is equal to or greater than a predetermined allowable value. If, for example, the non-strict model Correct bets, said means (C)
And (G) means for performing a waist motion based on a solution of the waist motion.
線形及び/又は非干渉の多質点近似モデルであり、 前記厳密モデルは前記ロボットに関する剛体モデル、又
は、非線形及び/又は干渉の多質点近似モデルである、
ことを特徴とする請求項3に記載のロボットの歩行制御
装置。4. The non-rigid model is a linear and / or non-interfering multi-mass point approximation model for the robot, and the strict model is a rigid body model or a non-linear and / or interference multi-mass point approximation model for the robot. is there,
The walking control device for a robot according to claim 3, wherein:
を求める手段(C)において求めた近似解では予め設定
した体幹・上肢運動が実現できない場合に、体幹・上肢運
動パターンの再設定・修正を行う手段、を備えることを
特徴とする請求項3に記載のロボットの歩行制御装置。5. The method according to claim 5, further comprising: (C ') means for obtaining an approximate solution of waist movement using said inexact model; 4. The walking control device for a robot according to claim 3, further comprising: means for resetting / correcting a trunk / upper limb movement pattern.
似解を求める手段(C)は、足部運動、体幹運動、上肢
運動によって生じる設定ZMP上のモーメントと、腰部
の水平面内運動によって生じる設定ZMP上のモーメン
トとの釣合方程式を解くことによって腰部運動の近似解
を求める、ことを特徴とする請求項3に記載のロボット
の歩行制御装置。6. The means (C) for obtaining an approximate solution of the waist motion using the inexact model comprises: a moment on a set ZMP caused by a foot motion, a trunk motion, and an upper limb motion; 4. The robot walking control device according to claim 3, wherein an approximate solution of the waist motion is obtained by solving a balance equation with a moment on a set ZMP generated by the robot.
似解を求める手段(C)は、時間の関数を周波数の関数
に置き換えて計算することを特徴とする請求項3に記載
のロボットの歩行制御装置。7. The robot according to claim 3, wherein said means (C) for calculating an approximate solution of the waist motion using said inexact model replaces a time function with a frequency function. Walking control device.
似解を求める手段(C)は、足部運動、体幹運動、上肢
運動によって生じる設定ZMP上のモーメントにフーリ
エ級数展開を適用するとともに、腰部の水平面内運動に
フーリエ級数展開を適用して、腰部水平面内軌道のフー
リエ係数を算出して、さらに逆フーリエ級数展開を適用
することによって腰部運動の近似解を求める、ことを特
徴とする請求項3に記載のロボットの歩行制御装置。8. The means (C) for obtaining an approximate solution of the waist motion using the inexact model applies Fourier series expansion to the moment on the set ZMP caused by the foot motion, the trunk motion, and the upper limb motion. Along with applying the Fourier series expansion to the waist motion in the horizontal plane, calculating the Fourier coefficient of the trajectory in the waist horizontal plane, and further calculating the approximate solution of the waist motion by applying the inverse Fourier series expansion, The walking control device for a robot according to claim 3.
備えた上半身と、少なくとも歩行動作を実現するための
脚部の関節を備えた下半身とからなる歩行型ロボットの
ための歩行制御装置であって、上半身の歩容に応じて、
安定歩行できるような下半身の歩容を決定することを特
徴とするロボットの歩行制御装置。9. A walking control for a walking robot comprising an upper body having a plurality of joints for expressing the motion of the upper body and a lower body having leg joints for realizing at least the walking motion. Device, depending on the gait of the upper body,
A walking control device for a robot, which determines a gait of a lower body such that a stable walking can be performed.
れ、下肢による脚式移動を行うタイプのロボットの歩行
制御方法であって、 任意の足部運動パターン、ZMP軌道、体幹運動パター
ン、上肢運動パターンに基づいて腰部運動パターンを導
出することにより歩行時の全身運動パターンを得ること
を特徴とするロボットの歩行制御方法。10. A walking control method for a robot of a type comprising at least a lower limb, a trunk and a waist, and performing legged movement with the lower limb, comprising: an arbitrary foot movement pattern, a ZMP trajectory, a trunk movement pattern, an upper limb A walking control method for a robot, wherein a whole body movement pattern during walking is obtained by deriving a waist movement pattern based on the movement pattern.
れ、ZMPが目標位置に入るように下肢による脚式移動
を行うタイプのロボットの歩行制御方法であって、
(a)要求された動作を実現するための足部運動、体幹
運動、上肢運動、腰部の姿勢及び高さを設定するステッ
プと、(b)前記ステップ(a)により設定された足部
運動に基づいてZMP軌道を設定するステップと、
(c)前記ステップ(b)により設定されたZMP上で
モーメントが釣り合う腰部運動の解を求めるステップ
と、(d)腰部運動の解に基づいて腰部運動を実行する
ステップと、を具備することを特徴とするロボットの歩
行制御方法。11. A walking control method for a robot of a type comprising at least a lower limb, a trunk and a waist, and performing a legged movement with the lower limb so that the ZMP enters a target position,
(A) setting a foot exercise, a trunk exercise, an upper limb exercise, a waist posture and a height for realizing a requested operation; and (b) a foot exercise set by the step (a). Setting a ZMP trajectory based on
(C) obtaining a solution of a waist motion in which moments are balanced on the ZMP set in the step (b); and (d) executing a waist motion based on the solution of the waist motion. Characteristic robot walking control method.
れ、ZMPが目標位置に入るように下肢による脚式移動
を行うタイプのロボットの歩行制御方法であって、
(A)要求された動作を実現するための足部運動、体幹
運動、上肢運動、腰部の姿勢及び高さを設定するステッ
プと、(B)前記ステップ(A)により設定された足部
運動に基づいてZMP軌道を設定するステップと、
(C)前記ロボットの非厳密モデルを用いて、前記ステ
ップ(B)により設定されたZMP上でモーメントが釣
り合う腰部運動の近似解を求めるステップと、(D)前
記ロボットの厳密モデルを用いて、前記ステップ(B)
により設定されたZMP上でモーメントが釣り合う腰部
運動の近似解を求めるステップと、(E)前記ステップ
(C)及びステップ(D)の各近似解の差が所定の許容
値未満であれば腰部運動の解とするステップと、(F)
前記ステップ(C)及びステップ(D)の各近似解の差
が所定の許容値以上であれば、設定ZMP上における非
厳密モデルのモーメントを修正して、前記ステップ
(C)に再投入するステップと、(G)腰部運動の解に
基づいて腰部運動を実行するステップと、を具備するこ
とを特徴とするロボットの歩行制御方法。12. A walking control method for a robot of a type comprising at least a lower limb, a trunk and a waist, and performing leg-type movement with the lower limb so that the ZMP enters a target position,
(A) a step of setting a foot exercise, a trunk exercise, an upper limb exercise, a waist posture and a height for realizing a requested operation; and (B) a foot exercise set by the step (A). Setting a ZMP trajectory based on
(C) using an inexact model of the robot to obtain an approximate solution of the waist motion in which moments are balanced on the ZMP set in step (B); and (D) using an exact model of the robot, Step (B)
Calculating an approximate solution of the waist motion in which the moments are balanced on the ZMP set by the formula (E); and (E) the waist motion if the difference between the approximate solutions of the steps (C) and (D) is less than a predetermined allowable value. (F)
If the difference between the approximate solutions in the step (C) and the step (D) is equal to or more than a predetermined allowable value, the moment of the inexact model on the set ZMP is corrected, and the step is returned to the step (C). And (G) performing a waist motion based on a solution of the waist motion.
る線形及び/又は非干渉の多質点近似モデルであり、 前記厳密モデルは前記ロボットに関する剛体モデル、又
は、非線形及び/又は干渉の多質点近似モデルである、
ことを特徴とする請求項12に記載のロボットの歩行制
御方法。13. The non-strict model is a linear and / or non-interfering multi-mass point approximation model for the robot, and the strict model is a rigid body model or a non-linear and / or interference multi-mass point approximation model for the robot. is there,
The method for controlling walking of a robot according to claim 12, wherein:
求めるステップ(C)において求めた近似解では予め設
定した体幹・上肢運動が実現できない場合に、体幹・上肢
運動パターンの再設定・修正を行うステップ、を備える
ことを特徴とする請求項12に記載のロボットの歩行制
御方法。14. The method according to claim 1, further comprising the step of: (C ') obtaining an approximate solution of waist movement using said inexact model; 13. The walking control method for a robot according to claim 12, further comprising the step of resetting and correcting a trunk / upper limb movement pattern.
近似解を求めるステップ(C)は、足部運動、体幹運
動、上肢運動によって生じる設定ZMP上のモーメント
と、腰部の水平面内運動によって生じる設定ZMP上の
モーメントとの釣合方程式を解くことによって腰部運動
の近似解を求める、ことを特徴とする請求項12に記載
のロボットの歩行制御方法。15. The step (C) of obtaining an approximate solution of the waist motion using the inexact model includes the moment on the set ZMP caused by the foot motion, the trunk motion, and the upper limb motion, and the motion of the waist in the horizontal plane. The robot walking control method according to claim 12, wherein an approximate solution of the waist motion is obtained by solving a balance equation with a moment on a set ZMP generated by the robot.
近似解を求めるステップ(C)は、時間の関数を周波数
の関数に置き換えて計算することを特徴とする請求項1
2に記載のロボットの歩行制御方法。16. The method according to claim 1, wherein the step (C) of obtaining an approximate solution of the waist motion using the inexact model is performed by replacing a function of time with a function of frequency.
3. The walking control method for a robot according to 2.
近似解を求めるステップ(C)は、足部運動、体幹運
動、上肢運動によって生じる設定ZMP上のモーメント
にフーリエ級数展開を適用するとともに、腰部の水平面
内運動にフーリエ級数展開を適用して、腰部水平面内軌
道のフーリエ係数を算出して、さらに逆フーリエ級数展
開を適用することによって腰部運動の近似解を求める、
ことを特徴とする請求項12に記載のロボットの歩行制
御方法。17. The step (C) of obtaining an approximate solution of waist motion using the inexact model applies Fourier series expansion to moments on a set ZMP caused by foot motion, trunk motion, and upper limb motion. Along with applying the Fourier series expansion to the motion of the waist in the horizontal plane, calculating the Fourier coefficient of the trajectory in the waist horizontal plane, and further calculating the approximate solution of the waist motion by applying the inverse Fourier series expansion,
The method for controlling walking of a robot according to claim 12, wherein:
を備えた上半身と、少なくとも歩行動作を実現するため
の脚部の関節を備えた下半身とからなる歩行型ロボット
のための歩行制御方法であって、上半身の歩容に応じ
て、安定歩行できるような下半身の歩容を決定すること
を特徴とするロボットの歩行制御方法。18. A walking control for a walking robot comprising an upper body having a plurality of joints for expressing the movement of the upper body and a lower body having a joint of legs for realizing at least a walking operation. A method for controlling walking of a robot, comprising: determining a gait of a lower body capable of stably walking according to a gait of an upper body.
Priority Applications (8)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000206531A JP3443077B2 (en) | 1999-09-20 | 2000-07-07 | Robot motion pattern generation device and motion pattern generation method, and robot |
EP00308148.6A EP1084943B1 (en) | 1999-09-20 | 2000-09-19 | Robot ambulation control apparatus and method |
CNB001284355A CN100351055C (en) | 1999-09-20 | 2000-09-20 | Robot walking controller and walking control method |
TW089119388A TW469211B (en) | 1999-09-20 | 2000-09-20 | Ambulation control apparatus and ambulation control method of robot |
KR1020000055304A KR100718479B1 (en) | 1999-09-20 | 2000-09-20 | Ambulation control apparatus and ambulation control method of robot |
US10/196,431 US6697709B2 (en) | 1999-09-20 | 2002-07-15 | Ambulation control apparatus and ambulation control method of robot |
US10/637,890 US7076337B2 (en) | 1999-09-20 | 2003-08-08 | Ambulation control apparatus and ambulation control method of robot |
US11/126,774 US7113849B2 (en) | 1999-09-20 | 2005-05-11 | Ambulation control apparatus and ambulation control method of robot |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11-266134 | 1999-09-20 | ||
JP26613499 | 1999-09-20 | ||
JP2000206531A JP3443077B2 (en) | 1999-09-20 | 2000-07-07 | Robot motion pattern generation device and motion pattern generation method, and robot |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002310450A Division JP2003117858A (en) | 1999-09-20 | 2002-10-25 | Method and device for control of robot walk |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001157973A true JP2001157973A (en) | 2001-06-12 |
JP3443077B2 JP3443077B2 (en) | 2003-09-02 |
Family
ID=26547321
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000206531A Expired - Lifetime JP3443077B2 (en) | 1999-09-20 | 2000-07-07 | Robot motion pattern generation device and motion pattern generation method, and robot |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (3) | US6697709B2 (en) |
EP (1) | EP1084943B1 (en) |
JP (1) | JP3443077B2 (en) |
KR (1) | KR100718479B1 (en) |
CN (1) | CN100351055C (en) |
TW (1) | TW469211B (en) |
Cited By (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2003043788A1 (en) * | 2001-11-19 | 2003-05-30 | Japan Science And Technology Corporation | Two-legged walking type human-shaped robot |
JP2005125460A (en) * | 2003-10-24 | 2005-05-19 | Sony Corp | Motion editing device, motion editing method, and computer program for robotic device |
JP2006136962A (en) * | 2004-11-11 | 2006-06-01 | Hitachi Ltd | Mobile robot |
US7561941B2 (en) | 2003-01-25 | 2009-07-14 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Ambulatory robot and method for controlling the same |
US7715945B2 (en) | 2004-02-27 | 2010-05-11 | Honda Motor Co., Ltd. | Gait producing device for moving robot |
JP2015098066A (en) * | 2013-11-18 | 2015-05-28 | 学校法人早稲田大学 | Movement control system for bipedal running robot |
CN104985585A (en) * | 2015-05-12 | 2015-10-21 | 北京理工大学 | Bionic waist mechanism of humanoid robot and with telescoping driving devices |
CN106892015A (en) * | 2015-12-17 | 2017-06-27 | 赵以恒 | A kind of humanoid robot |
CN107598897A (en) * | 2017-10-19 | 2018-01-19 | 北京工业大学 | A kind of method of humanoid robot gait's planning based on human body teaching |
CN108345211A (en) * | 2017-01-23 | 2018-07-31 | 深圳市祈飞科技有限公司 | Biped anthropomorphic robot and its non-linear gait planning method and control method |
JP2019514713A (en) * | 2016-04-29 | 2019-06-06 | ソフトバンク・ロボティクス・ヨーロッパSoftbank Robotics Europe | Mobile robot with well-balanced movement and behavioral skills |
KR20190139603A (en) | 2018-06-08 | 2019-12-18 | 경북대학교 산학협력단 | An ankle structure for humanoid robot using two cylindrical linear series elastic actuator parallely |
JP2020501918A (en) * | 2016-12-13 | 2020-01-23 | ボストン ダイナミクス,インコーポレイテッド | Whole-body manipulation for legged robots using dynamic balance |
CN113246120A (en) * | 2021-03-08 | 2021-08-13 | 山东大学 | Teleoperation control method of hydraulic four-foot double-arm robot |
CN114407008A (en) * | 2021-12-29 | 2022-04-29 | 广州极飞科技股份有限公司 | Robot motion control method, device, equipment and storage medium |
Families Citing this family (94)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3443077B2 (en) * | 1999-09-20 | 2003-09-02 | ソニー株式会社 | Robot motion pattern generation device and motion pattern generation method, and robot |
JP3615702B2 (en) * | 1999-11-25 | 2005-02-02 | ソニー株式会社 | Motion control device and motion control method for legged mobile robot, and legged mobile robot |
CA2422720C (en) * | 2000-09-29 | 2007-11-20 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Bipedal robot |
EP1671754B1 (en) * | 2000-11-17 | 2010-01-13 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Gait generation system of legged mobile robot |
TW499349B (en) * | 2000-11-17 | 2002-08-21 | Sony Corp | Legged mobile robot, leg structure of legged mobile robot, and mobile leg unit for legged mobile robot |
DE60143101D1 (en) * | 2000-11-20 | 2010-10-28 | Sony Corp | Motion control and motion control method for a legged robot with legs and robotic device |
JP3726032B2 (en) * | 2001-04-27 | 2005-12-14 | 本田技研工業株式会社 | Target motion generator for legged mobile robot |
JP3603279B2 (en) | 2001-09-26 | 2004-12-22 | 独立行政法人科学技術振興機構 | Biped walking humanoid robot |
DE60238781D1 (en) * | 2001-10-16 | 2011-02-10 | Honda Motor Co Ltd | DEVICE AND METHOD FOR DETERMINING A STATE OF DESTINATION |
JP3749946B2 (en) * | 2002-02-07 | 2006-03-01 | 国立大学法人 東京大学 | Joint mechanism, double-arm robot and biped robot using it |
JP3731118B2 (en) * | 2002-02-18 | 2006-01-05 | 独立行政法人科学技術振興機構 | Biped walking humanoid robot |
EP1486299B1 (en) * | 2002-03-15 | 2012-03-14 | Sony Corporation | Operation control device for leg-type mobile robot and operation control method, and robot device |
KR100959472B1 (en) | 2002-03-18 | 2010-05-25 | 소니 주식회사 | Robot device and control method of robot device |
JP3833567B2 (en) * | 2002-05-01 | 2006-10-11 | 本田技研工業株式会社 | Mobile robot attitude control device |
JP3598507B2 (en) * | 2002-06-12 | 2004-12-08 | 独立行政法人 科学技術振興機構 | Walking-type moving device, its walking control device, and walking control method |
WO2004033159A1 (en) * | 2002-10-11 | 2004-04-22 | Fujitsu Limited | Robot control algorithm construction device, robot control algorithm construction program, robot control device, robot control program, and robot |
US7054718B2 (en) * | 2002-10-11 | 2006-05-30 | Sony Corporation | Motion editing apparatus and method for legged mobile robot and computer program |
JP4230196B2 (en) * | 2002-10-30 | 2009-02-25 | 川崎重工業株式会社 | Positioning calculation method and positioning calculation apparatus |
JP2004174704A (en) * | 2002-11-14 | 2004-06-24 | Sony Corp | Actuator device and multishaft type robot |
US7238079B2 (en) * | 2003-01-14 | 2007-07-03 | Disney Enterprise, Inc. | Animatronic supported walking system |
JP4246534B2 (en) * | 2003-04-17 | 2009-04-02 | 本田技研工業株式会社 | Method for estimating point of action of floor reaction force of bipedal mobile body and method of estimating joint moment of bipedal mobile body |
JP4246535B2 (en) * | 2003-04-17 | 2009-04-02 | 本田技研工業株式会社 | Method for estimating point of action of floor reaction force of bipedal mobile body and method of estimating joint moment of bipedal mobile body |
KR20050005995A (en) | 2003-07-08 | 2005-01-15 | 삼성전자주식회사 | Controling Method of Biped Walking Robot |
JP4168943B2 (en) * | 2004-01-28 | 2008-10-22 | トヨタ自動車株式会社 | Legged robot and walking control method for legged robot |
KR101131773B1 (en) * | 2004-02-06 | 2012-04-05 | 혼다 기켄 고교 가부시키가이샤 | Gait generator of mobile robot |
JP4971977B2 (en) * | 2004-03-31 | 2012-07-11 | 本田技研工業株式会社 | A method for controlling a legged robot based on the rate of change of angular momentum |
JP4587699B2 (en) * | 2004-04-21 | 2010-11-24 | ソニー株式会社 | Robot apparatus and control method thereof |
US7566343B2 (en) | 2004-09-02 | 2009-07-28 | Boston Scientific Scimed, Inc. | Cardiac valve, system, and method |
JP4501601B2 (en) * | 2004-09-03 | 2010-07-14 | トヨタ自動車株式会社 | Legged robot, its control method, gait data creation device and creation method |
WO2006064599A1 (en) | 2004-12-14 | 2006-06-22 | Honda Motor Co., Ltd. | Legged mobile robot and control program for the robot |
JP4548135B2 (en) * | 2005-02-03 | 2010-09-22 | トヨタ自動車株式会社 | Legged robot and its control method |
US7339340B2 (en) * | 2005-03-23 | 2008-03-04 | Harris Corporation | Control system and related method for multi-limbed, multi-legged robot |
US7835822B2 (en) * | 2005-03-30 | 2010-11-16 | Honda Motor Co., Ltd. | Systems and methods for controlling a legged robot using a two-phase disturbance response strategy |
US7664571B2 (en) * | 2005-04-18 | 2010-02-16 | Honda Motor Co., Ltd. | Controlling a robot using pose |
US20070078565A1 (en) * | 2005-10-03 | 2007-04-05 | Modjtaba Ghodoussi | Telerobotic system that transmits changed states of a subsystem |
JP4751192B2 (en) * | 2005-12-12 | 2011-08-17 | 本田技研工業株式会社 | Mobile robot |
JP4456561B2 (en) * | 2005-12-12 | 2010-04-28 | 本田技研工業株式会社 | Autonomous mobile robot |
JP4591419B2 (en) * | 2006-07-18 | 2010-12-01 | トヨタ自動車株式会社 | Robot and its control method |
US20090104405A1 (en) * | 2007-10-17 | 2009-04-23 | Honeywell International Inc. | Laminated printed wiring board with controlled spurious rf emission capability/characteristics |
US8661928B1 (en) * | 2008-06-20 | 2014-03-04 | Wowwee Group Limited | Method and system for articulating the upper limbs of a humanoid |
CN101856564B (en) * | 2009-04-09 | 2011-11-09 | 上海电机学院 | Robot |
EP2243586B1 (en) * | 2009-04-22 | 2014-07-02 | KUKA Roboter GmbH | Method and device for controlling a positioning device for welding |
US8364314B2 (en) * | 2009-04-30 | 2013-01-29 | GM Global Technology Operations LLC | Method and apparatus for automatic control of a humanoid robot |
EP2259307B1 (en) * | 2009-06-02 | 2019-07-03 | Napra Co., Ltd. | Electronic device |
US8260460B2 (en) * | 2009-09-22 | 2012-09-04 | GM Global Technology Operations LLC | Interactive robot control system and method of use |
KR101103852B1 (en) | 2009-11-25 | 2012-01-10 | 성균관대학교산학협력단 | Real Time Humanoid Control System and Method Thereof |
CN101847009B (en) * | 2010-05-28 | 2011-12-14 | 广东工业大学 | Biped robot gait energy efficiency optimization method |
US8569631B2 (en) * | 2011-05-05 | 2013-10-29 | Tangitek, Llc | Noise dampening energy efficient circuit board and method for constructing and using same |
CN102582714B (en) * | 2012-01-31 | 2013-08-07 | 山东大学 | Hydraulic-drive lower-limb mechanism with load bearing capability of biped robot |
CN102672719B (en) * | 2012-05-10 | 2014-11-19 | 浙江大学 | Dynamic stability control method for operation of humanoid robot arm |
CN103042525B (en) * | 2013-01-22 | 2016-04-13 | 北京理工大学 | A kind of method determining the Ability of Resisting Disturbance of anthropomorphic robot |
CN103149933B (en) * | 2013-02-27 | 2016-01-20 | 南京邮电大学 | Based on the anthropomorphic robot omnidirectional traveling method of closed-loop control |
CN103624788B (en) * | 2013-11-28 | 2015-12-30 | 湖州师范学院 | A kind of deformable educational robot |
CN103824506B (en) * | 2014-03-18 | 2015-11-18 | 湖州师范学院 | A kind of magnetic-type distortion educational robot |
US9618937B1 (en) | 2014-08-25 | 2017-04-11 | Google Inc. | Slip detection using robotic limbs |
US10081098B1 (en) | 2014-08-25 | 2018-09-25 | Boston Dynamics, Inc. | Generalized coordinate surrogates for integrated estimation and control |
US9387588B1 (en) | 2014-08-25 | 2016-07-12 | Google Inc. | Handling gait disturbances with asynchronous timing |
CN104260799A (en) * | 2014-09-05 | 2015-01-07 | 长春工业大学 | Universal human walking simulating robot |
CN104407611B (en) * | 2014-09-30 | 2017-02-01 | 同济大学 | Humanoid robot stable waling control method |
US9446518B1 (en) * | 2014-11-11 | 2016-09-20 | Google Inc. | Leg collision avoidance in a robotic device |
US9499218B1 (en) | 2014-12-30 | 2016-11-22 | Google Inc. | Mechanically-timed footsteps for a robotic device |
CN104627265B (en) * | 2015-01-13 | 2017-01-11 | 哈尔滨工业大学 | Biped robot lower limb mechanism driven hydraulically |
US9594377B1 (en) * | 2015-05-12 | 2017-03-14 | Google Inc. | Auto-height swing adjustment |
US9561592B1 (en) * | 2015-05-15 | 2017-02-07 | Google Inc. | Ground plane compensation for legged robots |
US9586316B1 (en) | 2015-09-15 | 2017-03-07 | Google Inc. | Determination of robotic step path |
CN105353773B (en) * | 2015-11-20 | 2018-02-16 | 清华大学 | The non-monocycle gait control method of biped robot's walking |
CN105511465B (en) * | 2015-12-02 | 2017-08-04 | 歌尔股份有限公司 | A kind of gait control method and apparatus of biped robot |
CN105619390B (en) * | 2016-03-18 | 2018-07-06 | 北京格物明理教育咨询有限公司 | The manufacturing method of ten degree of freedom robot |
US9789919B1 (en) | 2016-03-22 | 2017-10-17 | Google Inc. | Mitigating sensor noise in legged robots |
WO2017181319A1 (en) * | 2016-04-18 | 2017-10-26 | 江南大学 | Particle swarm optimization and reinforcement learning algorithm-based dynamic walking control system for biomimetic biped robot |
CN106094817B (en) * | 2016-06-14 | 2018-12-11 | 华南理工大学 | Intensified learning humanoid robot gait's planing method based on big data mode |
CN109310913B (en) * | 2016-08-09 | 2021-07-06 | 株式会社比弗雷斯 | Three-dimensional simulation method and device |
CN107791261B (en) * | 2016-09-05 | 2021-10-26 | 徐州网递智能科技有限公司 | Robot and activity control method and device thereof |
CN108237532B (en) * | 2016-12-23 | 2020-11-27 | 深圳光启合众科技有限公司 | Gait control method and device of multi-legged robot and robot |
CN106926257A (en) * | 2017-05-21 | 2017-07-07 | 黄国彬 | A kind of intelligent two leg walking robot |
CN107685788B (en) * | 2017-09-06 | 2023-10-27 | 滨州学院 | Football robot |
CN107943021B (en) * | 2017-10-19 | 2021-03-30 | 布法罗机器人科技(成都)有限公司 | Self-adaptive stair ascending and descending control system and method |
CN107932510A (en) * | 2017-11-28 | 2018-04-20 | 中国人民解放军陆军工程大学 | NAO robot systems based on action collection |
CN108042143B (en) * | 2017-12-15 | 2020-06-02 | 西安交通大学 | Human body unbalance monitoring method based on improved ZMP theory |
CN108563220A (en) * | 2018-01-29 | 2018-09-21 | 南京邮电大学 | The motion planning of apery Soccer robot |
US10780578B2 (en) * | 2018-02-22 | 2020-09-22 | Boston Dynamics, Inc. | Reaching mobile robots |
CN109333506B (en) * | 2018-10-23 | 2021-12-17 | 广东工业大学 | Humanoid intelligent robot system |
CN109605364A (en) * | 2018-10-31 | 2019-04-12 | 北京理工大学 | A kind of anthropomorphic robot falls down detection and stable control method |
US20220055224A1 (en) * | 2018-11-05 | 2022-02-24 | DMAI, Inc. | Configurable and Interactive Robotic Systems |
CN110328689B (en) * | 2019-07-09 | 2021-01-08 | 达闼科技(北京)有限公司 | Robot balance detection method, device and equipment and robot |
CN111061215B (en) * | 2019-12-26 | 2021-01-22 | 北京市商汤科技开发有限公司 | Method and device for controlling robot to get rid of poverty and robot |
CN111329296B (en) * | 2020-03-19 | 2021-05-25 | 泉州市河兴陈列用品有限公司 | Method for simulating walking of mannequin |
CN111830986B (en) * | 2020-07-24 | 2022-10-21 | 北京理工大学 | Three-dimensional path planning method for biped robot |
CN111872941B (en) * | 2020-08-06 | 2021-09-07 | 深圳市优必选科技股份有限公司 | Balance control method and device, humanoid robot and readable storage medium |
CN111880544B (en) * | 2020-08-07 | 2024-03-22 | 深圳市优必选科技股份有限公司 | Humanoid robot gait planning method and device and humanoid robot |
CN112757299B (en) * | 2020-12-30 | 2022-03-04 | 乐聚(深圳)机器人技术有限公司 | Method and device for acquiring centroid trajectory, robot and storage medium |
CN112842327A (en) * | 2021-01-05 | 2021-05-28 | 北京诺亦腾科技有限公司 | Body posture generation method and device, electronic equipment and medium |
WO2024072984A1 (en) * | 2022-09-30 | 2024-04-04 | Tesla, Inc. | Actuator and actuator design methodology |
CN117944055A (en) * | 2024-03-26 | 2024-04-30 | 中科璀璨机器人(成都)有限公司 | Humanoid robot limb cooperative balance control method and device |
Family Cites Families (25)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5355064A (en) * | 1992-03-04 | 1994-10-11 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Control system for legged mobile robot |
JP3269852B2 (en) * | 1992-05-29 | 2002-04-02 | 本田技研工業株式会社 | Posture stabilization control device for legged mobile robot |
US5404086A (en) * | 1992-07-20 | 1995-04-04 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | System for controlling locomotion of legged mobile robot and correcting inclinometer's output thereof |
JP3429048B2 (en) * | 1993-12-30 | 2003-07-22 | 本田技研工業株式会社 | Walking control device for legged mobile robot |
JP3330710B2 (en) * | 1993-12-30 | 2002-09-30 | 本田技研工業株式会社 | Mobile robot position detection and control device |
US5808433A (en) | 1995-09-29 | 1998-09-15 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Method of generating gait of legged walking robot and system for controlling its locomotion |
EP1018467B1 (en) | 1996-07-25 | 2003-10-22 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Gait generating device for leg type moving robot |
US5872893A (en) * | 1996-07-25 | 1999-02-16 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Gait generation system of legged mobile robot |
US6054167A (en) * | 1996-08-28 | 2000-04-25 | Bunge Foods Corporation | Pelletized shortening |
DE69734835T2 (en) * | 1996-12-19 | 2006-07-20 | Honda Giken Kogyo K.K. | POSITIVE CONTROLLER ON A ROBOT MOVING ON LEGS |
JP3672406B2 (en) | 1997-01-31 | 2005-07-20 | 本田技研工業株式会社 | Gait generator for legged mobile robot |
DE69840655D1 (en) | 1997-01-31 | 2009-04-23 | Honda Motor Co Ltd | Control system of a mobile robot with legs |
JP3655056B2 (en) * | 1997-08-04 | 2005-06-02 | 本田技研工業株式会社 | Control device for legged mobile robot |
US6289265B1 (en) * | 1998-04-20 | 2001-09-11 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Controller for legged mobile robot |
CA2271498C (en) | 1998-05-11 | 2007-01-09 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Legged mobile robot |
JP2000153476A (en) | 1998-09-14 | 2000-06-06 | Honda Motor Co Ltd | Leg type movable robot |
US6714201B1 (en) * | 1999-04-14 | 2004-03-30 | 3D Open Motion, Llc | Apparatuses, methods, computer programming, and propagated signals for modeling motion in computer applications |
JP3443077B2 (en) * | 1999-09-20 | 2003-09-02 | ソニー株式会社 | Robot motion pattern generation device and motion pattern generation method, and robot |
JP3555107B2 (en) * | 1999-11-24 | 2004-08-18 | ソニー株式会社 | Legged mobile robot and operation control method for legged mobile robot |
JP3615702B2 (en) * | 1999-11-25 | 2005-02-02 | ソニー株式会社 | Motion control device and motion control method for legged mobile robot, and legged mobile robot |
TW499349B (en) * | 2000-11-17 | 2002-08-21 | Sony Corp | Legged mobile robot, leg structure of legged mobile robot, and mobile leg unit for legged mobile robot |
DE60143101D1 (en) * | 2000-11-20 | 2010-10-28 | Sony Corp | Motion control and motion control method for a legged robot with legs and robotic device |
US7418312B2 (en) * | 2003-09-19 | 2008-08-26 | Sony Corporation | Robot apparatus and walking control method thereof |
JP4592276B2 (en) * | 2003-10-24 | 2010-12-01 | ソニー株式会社 | Motion editing apparatus, motion editing method, and computer program for robot apparatus |
JP4513320B2 (en) * | 2003-12-17 | 2010-07-28 | ソニー株式会社 | Robot apparatus and motion control method of robot apparatus |
-
2000
- 2000-07-07 JP JP2000206531A patent/JP3443077B2/en not_active Expired - Lifetime
- 2000-09-19 EP EP00308148.6A patent/EP1084943B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2000-09-20 KR KR1020000055304A patent/KR100718479B1/en active IP Right Grant
- 2000-09-20 TW TW089119388A patent/TW469211B/en not_active IP Right Cessation
- 2000-09-20 CN CNB001284355A patent/CN100351055C/en not_active Expired - Lifetime
-
2002
- 2002-07-15 US US10/196,431 patent/US6697709B2/en not_active Expired - Lifetime
-
2003
- 2003-08-08 US US10/637,890 patent/US7076337B2/en not_active Expired - Lifetime
-
2005
- 2005-05-11 US US11/126,774 patent/US7113849B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (23)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2003043788A1 (en) * | 2001-11-19 | 2003-05-30 | Japan Science And Technology Corporation | Two-legged walking type human-shaped robot |
US7561941B2 (en) | 2003-01-25 | 2009-07-14 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Ambulatory robot and method for controlling the same |
JP2005125460A (en) * | 2003-10-24 | 2005-05-19 | Sony Corp | Motion editing device, motion editing method, and computer program for robotic device |
JP4592276B2 (en) * | 2003-10-24 | 2010-12-01 | ソニー株式会社 | Motion editing apparatus, motion editing method, and computer program for robot apparatus |
US7715945B2 (en) | 2004-02-27 | 2010-05-11 | Honda Motor Co., Ltd. | Gait producing device for moving robot |
US7774098B2 (en) | 2004-02-27 | 2010-08-10 | Honda Motor Co., Ltd. | Gait generating device for moving robot |
JP2006136962A (en) * | 2004-11-11 | 2006-06-01 | Hitachi Ltd | Mobile robot |
JP2015098066A (en) * | 2013-11-18 | 2015-05-28 | 学校法人早稲田大学 | Movement control system for bipedal running robot |
CN104985585A (en) * | 2015-05-12 | 2015-10-21 | 北京理工大学 | Bionic waist mechanism of humanoid robot and with telescoping driving devices |
CN106892015A (en) * | 2015-12-17 | 2017-06-27 | 赵以恒 | A kind of humanoid robot |
JP2019514713A (en) * | 2016-04-29 | 2019-06-06 | ソフトバンク・ロボティクス・ヨーロッパSoftbank Robotics Europe | Mobile robot with well-balanced movement and behavioral skills |
JP2022020784A (en) * | 2016-12-13 | 2022-02-01 | ボストン ダイナミクス,インコーポレイテッド | Total body manipulation on leg robot using dynamic balance |
JP7469282B2 (en) | 2016-12-13 | 2024-04-16 | ボストン ダイナミクス,インコーポレイテッド | Whole-body manipulation for legged robots using dynamic balance |
JP2020501918A (en) * | 2016-12-13 | 2020-01-23 | ボストン ダイナミクス,インコーポレイテッド | Whole-body manipulation for legged robots using dynamic balance |
US11667343B2 (en) | 2016-12-13 | 2023-06-06 | Boston Dynamics, Inc. | Whole body manipulation on a legged robot using dynamic balance |
JP2021059011A (en) * | 2016-12-13 | 2021-04-15 | ボストン ダイナミクス,インコーポレイテッド | Whole body manipulation on legged robot using dynamic balance |
CN108345211A (en) * | 2017-01-23 | 2018-07-31 | 深圳市祈飞科技有限公司 | Biped anthropomorphic robot and its non-linear gait planning method and control method |
CN107598897A (en) * | 2017-10-19 | 2018-01-19 | 北京工业大学 | A kind of method of humanoid robot gait's planning based on human body teaching |
CN107598897B (en) * | 2017-10-19 | 2020-11-27 | 北京工业大学 | Humanoid robot gait planning method based on human body teaching |
KR20190139603A (en) | 2018-06-08 | 2019-12-18 | 경북대학교 산학협력단 | An ankle structure for humanoid robot using two cylindrical linear series elastic actuator parallely |
CN113246120A (en) * | 2021-03-08 | 2021-08-13 | 山东大学 | Teleoperation control method of hydraulic four-foot double-arm robot |
CN114407008A (en) * | 2021-12-29 | 2022-04-29 | 广州极飞科技股份有限公司 | Robot motion control method, device, equipment and storage medium |
CN114407008B (en) * | 2021-12-29 | 2023-06-09 | 广州极飞科技股份有限公司 | Robot motion control method, device, equipment and storage medium |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP1084943A2 (en) | 2001-03-21 |
CN1290590A (en) | 2001-04-11 |
EP1084943A3 (en) | 2005-10-19 |
KR100718479B1 (en) | 2007-05-16 |
CN100351055C (en) | 2007-11-28 |
US20050177277A1 (en) | 2005-08-11 |
KR20010050543A (en) | 2001-06-15 |
TW469211B (en) | 2001-12-21 |
JP3443077B2 (en) | 2003-09-02 |
US7113849B2 (en) | 2006-09-26 |
US20050203667A1 (en) | 2005-09-15 |
US6697709B2 (en) | 2004-02-24 |
EP1084943B1 (en) | 2018-06-13 |
US7076337B2 (en) | 2006-07-11 |
US20020183897A1 (en) | 2002-12-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3443077B2 (en) | Robot motion pattern generation device and motion pattern generation method, and robot | |
EP2017042B1 (en) | Motion controller and motion control method for legged walking robot, and robot apparatus | |
JP3615702B2 (en) | Motion control device and motion control method for legged mobile robot, and legged mobile robot | |
KR100824179B1 (en) | Device and method for controlling motion of legged mobile robot, and motion unit generating method for legged mobile robot | |
JP3972854B2 (en) | Robot motion control device | |
JP3599244B2 (en) | Robot device, motion control device of robot device, and motion control method | |
JP2001150371A (en) | Robot and revolute joint device for robot | |
KR20040111417A (en) | Robot device, legged locomotion robot operation control device and operation control method, legged locomotion robot sensor system, and locomotion device | |
JP2001138271A (en) | Leg type mobile robot and at-overturn motion control method for robot | |
JP2003117858A (en) | Method and device for control of robot walk | |
JP4475708B2 (en) | Legged mobile robot and its motion control method | |
JP3674779B2 (en) | Motion control device and motion control method for legged mobile robot, and robot device | |
JP4540156B2 (en) | Robot center of gravity control method | |
JP2001138273A (en) | Leg type mobile and its controlling method | |
JP3522742B1 (en) | Robot device, motion control device and motion control method for legged mobile robot, sensor system for legged mobile robot, and mobile device | |
JP4707290B2 (en) | Motion control device and motion control method for legged mobile robot | |
JP3568527B2 (en) | Mobile device | |
JP4481132B2 (en) | Robot apparatus and control method thereof |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 3443077 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090620 Year of fee payment: 6 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090620 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100620 Year of fee payment: 7 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110620 Year of fee payment: 8 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120620 Year of fee payment: 9 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120620 Year of fee payment: 9 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130620 Year of fee payment: 10 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
EXPY | Cancellation because of completion of term |